鉅大LARGE | 點擊量：955次 | 2022年02月22日
簡述圓柱型鋰離子電池21700
與軟包和方形鋰電池相比，18650圓柱形鋰電池，是商業化最早，生產自動化程度最高，當前成本最低的一種動力電池。又有Tesla多年夾持，基本保持著與軟包和方形電池三分天下的局面。
從特斯拉宣布Model3采用21700以后，圓柱電池家族也多出了一個明星成員。本文一起來看看圓柱電池相關的幾個技術點。下文中不特殊聲明的，圓柱電池就特指18650。
圓柱電池結構
關注一下動力電池就會發現，圓柱18560電池，是被研究的最多，技術討論最充分的電池品種。單體主要由正極，負極，隔膜，正極負極集電極，安全閥，過流保護裝置，絕緣件和殼體共同組成。殼體，早期鋼殼較多，當前以鋁殼為主。
單體過流保護裝置，每個廠家的設計并不相同，根據對安全性要求的不同，價格要去不同，可以進行定制。一般的安全裝置主要有PTC正溫度系數電阻和熔斷裝置兩大類。
符合Exic IIB T4 Gc防爆標準
充電溫度：0~45℃
-放電溫度：-40~+55℃
-40℃最大放電倍率：1C
-40℃ 0.5放電容量保持率≥70%
PTC，當出現過大電流，電阻發熱，溫度積累更促進PTC阻值的上升，當溫度超過一個閾值以后，陡然增大，相當于把故障電芯從總體回路中隔離開來，避免進一步熱失控的發生。
熔斷裝置，原理上就是一個熔絲，遇到過大電流，熔絲熔斷，回路被斷開。
兩種保護裝置的區別在于前者可恢復，后者的保護是一次性的，一旦故障發生，系統必須認為更換問題電芯才能正常工作。
圓柱電芯特點
圓柱電芯，尤其18650，由于其自身結構特點，也由于其型號的標準化，圓柱電芯生產的自動化水平，在3種主要電芯形式中為最高。這就使得高度一致性成為可能，成品率相應得到提高。有數據顯示，三星、松下等國外主要廠家良品率可以達到98%，而我國廠商也可以超過90%。
優點
1)如前面所述，單體一致性較好；
2)單體自身力學性能好，與方形和軟包電池相比，封閉的圓柱體，近似尺寸下，可以獲得最高的彎曲強度；
3)技術成熟，成本低，但同時，成本優化的空間也已經消耗的差不多；
4)單體能量小，發生事故時，形式易于控制，但這一點也正在成為它被取代的理由(那句流行的話怎么講，成就你的也將毀滅你，殺不死你的也必將使你強大，物同此理啊)
缺點，1)在電動汽車這個語境中，電池系統的圓柱單體數量都很大，這就使得電池系統復雜度大增，無論機構還是管理系統，相對于其他兩類電池，系統級別的成本圓柱電池偏高；
2)在溫度環境不均勻條件下，大量電芯特性異化的概率上升，當然，特斯拉之所以在設計之初選擇18650，相信只是個無奈之選，因為10年前，能夠大批量生產的合格動力電池，只有圓柱電池。而電池的安全和熱管理需求，反而是它強大電控系統的研發動力。
3)能量密度的上升空間已經很小，2016年的新聞，超威把單體容量做到4050mAh，電芯比能量306Wh/kg，此后沒有看到更高的記錄。在既定空間內，只有死磕材料，公認是一條難走的路。
Tesila的Model3電池系統帶火了21700
特斯拉Model3全面啟用21700三元鋰電池，開啟了一個圓柱電池提升容量的新階段。特斯拉Model3的21700型電池系統，能量密度在300Wh/kg左右，比原來ModelS使用的18650電池能量密度提升20%以上，單體容量提升35%，系統成本降低9%左右。
21700相關廠家和車型
目前國際上能夠批量生產21700電池的企業屈指可數，除了松下和特斯拉聯合研發的21700電池量產外，先前三星SDI也曾展示相關21700產品，據了解該產品還沒有進行批量生產。
國內21700廠家，新聞資料顯示著手21700的廠家有比克，力神，億緯鋰能，天鵬電源，遠東福斯特，猛獅新能等。
隨著南京金龍和北汽的兩款產品公示，8月16日，國家工信部發布《道路機動車輛生產企業及產品公告》(第299批)的車輛新產品公示。其中，由南京金龍客車制造有限公司和北汽(常州)汽車有限公司生產的兩款純電動廂式運輸車(型號為NJL5040XXYBEV25和BJ5040XXYCJ06EV)，率先搭載了21700三元鋰離子電池。
從18650到21700，怎么看待升容這件事？
自從網上看到這幅圖，就總想找機會把它放到文章里，原因無他，圖中關于提升比能量的總結可以說很全面了。沿著圖中的思路，如果從化學方法提高電芯比能量，18650前途并不光明。
18650鋰離子電池發展面臨的挑戰，面對當前人們不斷提高比能量的現狀，如果維持外形尺寸不變，又要提高能量密度，18650面臨諸多挑戰：
1)新材料如NCA、硅碳等新材料供應鏈尚不成熟，成本高，供應難以穩定，比如更高能量密度的材料811，本身穩定性和制程控制距離量產有段差距，結果就是短期內811的18650貴很多，性能卻差不少；
2)新材料制程對環境要求高，固定資產投資高，能耗巨大；
3)單體電池容量低，PACK成組技術要求和成本偏高；
4)單體電芯最多適應正單、負雙極耳結構，而且對能量密度影響較為顯著；
5)高能量密度與高倍率充電同時要求時，設計空間很小，18650用523+石墨體系，按新國標，1C做到2.4AH已到了設計的極限。
更大直徑圓柱鋰離子電池將成為必然趨勢，更大尺寸電芯與18650在極耳設計和卷繞曲率兩個角度進行對比，大尺寸電芯顯示出明顯優勢。
上一篇：最好的充電池方法？
下一篇：簡述儲存聚合物鋰離子電池安全性
