钜大LARGE | 点击量：2186次 | 2019年06月29日
一起来看看圆柱电池相关的几个技术点
与软包和方形锂电池比较，18650圆柱形锂电池，是商业化最早，出产自动化程度最高，其时本钱最低的一种动力电池。又有Tesla多年夹持，基本保持着与软包和方形电池三分全国的局势。从特斯拉宣布Model3选用21700往后，圆柱电池家族也多出了一个明星成员。本文一起来看看圆柱电池相关的几个技术点。下文中不特殊声明的，圆柱电池就特指18650。
圆柱电池结构
重视一下动力电池就会发现，圆柱18560电池，是被研讨的最多，技术评论最充沛的电池品种。单体首要由正极，负极，隔阂，正极负极集电极，安全阀，过流保护设备，绝缘件和壳体一起组成。壳体，前期钢壳较多，其时以铝壳为主。其间安全阀、PTC如下图所示。
单体过流保护设备，每个厂家的规划并不相同，根据对安全性要求的不同，价格要去不同，可以进行定制。一般的安全设备首要有PTC正温度系数电阻和熔断设备两大类。
PTC，当出现过大电流，电阻发热，温度堆集更促进PTC阻值的上升，当温度逾越一个阈值往后，陡然增大，相当于把毛病电芯从全体回路中隔离开来，防止进一步热失控的发生。
符合Exic IIB T4 Gc防爆标准
充电温度：0~45℃
-放电温度：-40~+55℃
-40℃最大放电倍率：1C
-40℃ 0.5放电容量保持率≥70%
熔断设备，原理上便是一个熔丝，遇到过大电流，熔丝熔断，回路被断开。
两种保护设备的差异在于前者可恢复，后者的保护是一次性的，一旦毛病发生，系统有必要认为替换问题电芯才华正常作业。
圆柱电芯特征
圆柱电芯，特别18650，因为其本身结构特征，也因为其型号的标准化，圆柱电芯出产的自动化水平，在3种首要电芯方式中为最高。这就使得高度一致性成为或许，成品率相应得到前进。有数据显现，三星、松劣等国外首要厂家良品率可以到达98%，而我国厂商也可以逾越90%。
长处，1）如前面所述，单体一致性较好；
2）单体本身力学功用好，与方形和软包电池比较，关闭的圆柱体，近似标准下，可以获得最高的弯曲强度；
3）技术老到，本钱低，但同时，本钱优化的空间也现已消耗的差不多；
4）单体能量小，发生事端时，方式易于操控，但这一点也正在成为它被替代的理由（那句流行的话怎样讲，成就你的也将毁灭你，杀不死你的也必将使你强壮，物同此理啊）
缺陷，1）在电动汽车这个语境中，电池系统的圆柱单体数量都很大，这就使得电池系统复杂度大增，不管机构仍是处理系统，相关于其他两类电池，系统等级的本钱圆柱电池偏高；
2）在温度环境不均匀条件下，许多电芯特性异化的概率上升，当然，特斯拉之所以在规划之初选择18650，相信只是个无法之选，因为10年前，可以大批量出产的合格动力电池，只要圆柱电池。而电池的安全和热处理需求，反而是它强壮电控系统的研发动力。
3）能量密度的上升空间现已很小，2016年的新闻，超威把单体容量做到4050mAh，电芯比能量306Wh/kg，尔后没有看到更高的记载。在既定空间内，只要死磕材料，公认是一条难走的路。
Tesila的Model3电池系统带火了21700
特斯拉Model3全面启用21700三元锂电池，敞开了一个圆柱电池前进容量的新阶段。特斯拉Model3的21700型电池系统，能量密度在300Wh/kg左右，比本来ModelS运用的18650电池能量密度前进20%以上，单体容量前进35%，系统本钱下降9%左右。
21700相关厂家和车型
现在国际上可以批量出产21700电池的企业屈指可数，除了松下和特斯拉联合研发的21700电池量产外，先前三星SDI也曾展示相关21700产品，据了解该产品还没有进行批量出产。
国内21700厂家，新闻材料显现着手21700的厂家有比克，力神，亿纬锂能，天鹏电源，远东福斯特，猛狮新能等。
随着南京金龙和北汽的两款产品公示，8月16日，国家工信部发布《道路机动车辆出产企业及产品布告》（第299批）的车辆新产品公示。其间，由南京金龙客车制作有限公司和北汽(常州)汽车有限公司出产的两款纯电动厢式运输车（型号为NJL5040XXYBEV25和BJ5040XXYCJ06EV），率先搭载了21700三元锂离子电池。
从18650到21700，怎样看待升容这件事？
自从网上看到这幅图，就总想找机会把它放到文章里，原因无他，图中关于前进比能量的总结可以说很全面了。沿着图中的思路，假如从化学办法前进电芯比能量，18650出路并不亮光。
18650锂离子电池展开面临的应战，面临其时人们不断前进比能量的现状，假如保持外形标准不变，又要前进能量密度，18650面临许多应战：
1）新材料如NCA、硅碳等新材料供应链尚不老到，本钱高，供应难以稳定，比如更高能量密度的材料811，本身稳定性和制程操控间隔量产有段距离，成果便是短期内811的18650贵许多，功用却差不少；
2）新材料制程对环境要求高，固定资产出资高，能耗巨大；
3）单体电池容量低，PACK成组技术要求和本钱偏高；
4）单体电芯最多习惯正单、负双极耳结构，并且对能量密度影响较为明显；
5）高能量密度与高倍率充电同时要求时，规划空间很小，18650用523+石墨系统，按新国标，1C做到2.4AH已到了规划的极限。
更大直径圆柱锂离子电池将成为必然趋势，有数据如下图所示，更大标准电芯与18650在极耳规划和卷绕曲率两个角度进行比照，大标准电芯显现出明显优势。
总结下来，标准从18650前进到21700，获得好处如下：
1）恰当前进能量密度情况下，可以选择常规材料，功用稳定、性价比高；
2）可以恰当进行多极耳机构规划，下降内阻；
3）同样能量密度下，可以选择快充特性石墨，改进快充功用；
4）恰当添加直径和高度可以获得更多的有用体积。
5）单体电芯容量增大，辅佐构件份额下降，下降Pack本钱。
而工信部新公布的国家标准《GB/T34013-2017电动汽车用动力蓄电池产品规格标准》之中，把本来征求意见稿中只要18650和32650批改成了包括21700在内的4个规格，也算作21700的一个严峻利好了。
可是，前进容量的路径与小单体等价于安全性高的前期观点有冲突。小型锂离子电池（<3Ah）及电池模组（<150Ah）的热安全性现已有许多较为老到的办法进行防控，比如参与PTC、引入电流中断机制或压力传感器等。而大型锂离子单体电池（>6Ah）或模组（>200Ah）的安全性操控问题仍然存在应战。大型动力锂离子电池比较于小型电池，因为其本身所含能量较高，当出现热安全性问题时，所带来的成果会更为严峻；因为电池体积的增大，形成电池比表面积的减小然后使得电池单位体积散热面积的下降。电池内部温度的不一致性也会随着锂离子电池的大型化和成组化而出现，这种电池单体之间的温度差异会使得电池热失控危险添加，然后导致电池出现一系列问题。
一般认为，假如厂家掌握更为先进的安全处理技术，可以让危险停留在本身系统的可控范围内，就可以对冲掉电池单体带来的危险。反过来也可以说，运用更大容量的电芯去构建系统，理论上是以单体规划和电池pack规划危险处理技术水平的前进为条件的。
容量前进带来的危险和收益，是业内的显知识，主机厂是否全面接受，愿意为它让渡必定的安全性，是21700进一步展开的关键一环，个人觉得，这个需要很长一段时间。而出产21700所需要的设备的调整和更新，则遭到设备供货商观点的影响。
圆柱电池的优势大部分的来自于其规模化，在21700真正规模起来之前，还有B级产品处置问题，这种无法降级运用的标准，也是对厂家决计和资金实力的考验。
单从技术堆集角度看，18650被企业和学术单位研讨多年，有许多揭露数据和材料，比如热处理模型，比如热失控猜测等等。关于本身研发才能还不完善的小企业来讲，也算是一种资源。而21700却相对空白的多。
关于21700在未来的展开，利好不少，利空也可以顺手罗列。但这都是圆柱电池内部比较。假如再考虑方形电池和软包电池的比赛，21700的大展开或许并不会很快到来。
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