隨著近幾年新能源汽車的火熱發(fā)展,鋰離子電池也隨之大火。動(dòng)力鋰電池一直是新能源汽車的重要領(lǐng)域,誰掌握了動(dòng)力鋰電池,誰就掌握了新能源汽車。而在動(dòng)力鋰電池中,最受矚目的當(dāng)屬鋰離子電池。

鋰離子電池的能量密度很高,它的容量是同重量的鎳氫電池的1.5~2倍,而且具有很低的自放電率。此外,鋰離子電池幾乎沒有記憶效應(yīng)以及不含有毒物質(zhì),鋰離子電池的這些優(yōu)點(diǎn)使其在新能源汽車領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用。

如今應(yīng)用較廣泛的圓柱鋰離子電池有18650電池以及21700電池。

1) 18650電池:

18650電池原指鎳氫電池和鋰離子電池,由于鎳氫電池現(xiàn)在比較少用,所以現(xiàn)在多指鋰離子電池。18650是鋰離子電池的鼻祖--日本SONY公司當(dāng)年為了節(jié)省成本而定下的一種標(biāo)準(zhǔn)性的鋰離子電池型號(hào),其中18表示直徑為18mm,65表示長(zhǎng)度為65mm,0表示為圓柱形電池。常見的18650電池有三元鋰離子電池和磷酸鐵鋰離子電池。

說起18650電池,就不得不提起特斯拉,特斯拉在進(jìn)行電動(dòng)汽車電池開發(fā)時(shí),測(cè)試了很多種類的電池,但最后把目標(biāo)鎖定在18650電池,將18650電芯作為新能源電動(dòng)汽車電池的技術(shù)路線。可以說,特斯拉之所以能夠擁有不遜于傳統(tǒng)燃油車的性能表現(xiàn),除了電動(dòng)機(jī)技術(shù)之外,還要得益于特斯拉先進(jìn)的電池技術(shù)。那么特斯拉為何選定18650電池作為其動(dòng)力之源呢?

優(yōu)點(diǎn)

工藝成熟一致性高

在進(jìn)入新能源汽車領(lǐng)域前,18650電池便已廣泛應(yīng)用在電子產(chǎn)品中,是最早、最成熟、最穩(wěn)定的鋰離子電池,經(jīng)過多年的相關(guān)經(jīng)驗(yàn)累積,日本廠商將18650電池在消費(fèi)類產(chǎn)品所積累的先進(jìn)技術(shù)極好地應(yīng)用于車載電池領(lǐng)域。松下是全球電池技術(shù)和規(guī)模最大的公司之一,相較于其他廠商,產(chǎn)品缺陷最少,規(guī)模較大,也便于從中選擇出一致性好的電池。

相比之下,其他電池例如層疊式鋰離子電池遠(yuǎn)不夠成熟,許多產(chǎn)品連尺寸、大小等都不能統(tǒng)一,電池廠商所具備的生產(chǎn)工藝也不能滿足條件。總的來說,電池的一致性達(dá)不到18650電池的水準(zhǔn)。假如電池的一致性達(dá)不到要求,大量電池串、并聯(lián)形成的電池組的管理也將不能讓每個(gè)電池的性能更好地發(fā)揮,而18650電芯可以很好地解決這一問題。

安全性能高

18650鋰離子電池安全性能高,不爆炸,不燃燒;無毒,無污染,經(jīng)過RoHS商標(biāo)認(rèn)證;且耐高溫性能好,65度條件下放電效率達(dá)100%。

18650電池一般采用鋼殼封裝,在汽車發(fā)生碰撞等極端情況下,更能盡量減少安全事故的發(fā)生,安全性更高。除此之外,18650每個(gè)電池單元的尺寸小,將每個(gè)單元的能量可控制在較小的范圍,與使用大尺寸電池單元相比,即使電池組的某個(gè)單元發(fā)生故障,也能降低故障帶來的影響。

能量密度高

18650鋰離子電池的容量一般為1200mah~3600mah之間,而一般電池容量只有800mah左右,假如組合起來成18650鋰離子電池組,那18650鋰離子電池組可以突破5000mah。它的容量是同重量的鎳氫電池的1.5到2倍,而且具有很低的自放電率。18650電芯的能量密度目前能夠達(dá)到250Wh/kg的水平,滿足特斯拉高續(xù)航里程的要求。

成本低性價(jià)比高

18650鋰離子電池的使用壽命很長(zhǎng),正常使用時(shí)循環(huán)壽命可達(dá)500次以上,是普通電池的兩倍以上。18650產(chǎn)品的技術(shù)成熟程度高,結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、制造技術(shù)還有制造設(shè)備,以及衍生的18650模組的技術(shù)都很成熟,這些都使得它的運(yùn)行成本和維護(hù)成本降低。

目前應(yīng)用比較廣泛的18650電池已有多年的發(fā)展歷史,相對(duì)其他類型電池技術(shù)雖然較成熟,但依然面對(duì)著產(chǎn)熱高、成組復(fù)雜、無法實(shí)現(xiàn)快充等問題。在這樣的背景下,21700圓柱三元電池應(yīng)運(yùn)而生。

2017年一月四日,特斯拉宣布與松下聯(lián)合研發(fā)的新型21700電池開始量產(chǎn),并強(qiáng)調(diào)這是目前可量產(chǎn)電池中能量密度最高且成本最低的電池。

2) 21700電池:

電池21700是圓柱型電池的型號(hào),具體指:21指圓柱電池的外徑為21mm;700指圓柱電池的高度為70.0mm。

這是為了適應(yīng)電動(dòng)汽車對(duì)更長(zhǎng)續(xù)行里程的要求,為提高車輛電池空間有效利用率,而開發(fā)出的新型號(hào)。同種材料,21700相比常見的18650圓柱鋰離子電池,容量可以高35%以上。

新型21700具有四大顯著的優(yōu)勢(shì):

(1)電池單體容量提升35%。以特斯拉生產(chǎn)的21700電池為例,從18650型號(hào)切換至21700型號(hào)后,電池單體電池容量可以達(dá)到3～4.8Ah,大幅提升35%。

(2)電池系統(tǒng)能量密度提升約20%。特斯拉披露的數(shù)據(jù)來看,早期使用的18650電池系統(tǒng)能量密度約250Wh/kg,后來其生產(chǎn)的21700電池系統(tǒng)能量密度在300Wh/kg左右,21700電池的體積能量密度比原有的18650高出近20%。

(3)系統(tǒng)的成本預(yù)計(jì)下降9%左右。從特斯拉披露的電池價(jià)格信息分析,21700電池的動(dòng)力鋰離子電池系統(tǒng)售價(jià)為170美元/Wh,而18650電池系統(tǒng)的售價(jià)為185美元/Wh。在Model3上使用21700電池后,僅電池系統(tǒng)成本就可以下降約9%。

(4)系統(tǒng)的重量預(yù)計(jì)下降10%左右。21700整體體積大于18650,隨著單體容量提升后,單體能量密度更高,所以同等能量下所需電池單體的數(shù)量可減少約1/3,在降低系統(tǒng)管理難度的同時(shí)也將減少電池包采用的金屬結(jié)構(gòu)件及電氣配件的數(shù)量,這進(jìn)一步降低了電池的重量。三星SDI改用一套新型21700電池之后,發(fā)現(xiàn)系統(tǒng)相比目前的電池減少10%重量。

保持了18650型電池所具有的高可靠性和穩(wěn)定的性能,21700電池性能在各方面均比18650有較大提升。此外,相較于其他電池型號(hào),21700從電池原材料選用、制作工藝和技術(shù)流程等方面,都和技術(shù)較成熟的18650電池相似。因此18650與21700的產(chǎn)線大部分可以兼容,部分公司比較穩(wěn)妥的辦法是在生產(chǎn)線上做文章,將生產(chǎn)線向21700和18650兼容上靠攏。

動(dòng)力鋰電池追求高比能已成不可逆的趨勢(shì),眾多電池公司開始把目光轉(zhuǎn)向布局21700電池。一些公司的生產(chǎn)線從國(guó)外進(jìn)口,但組裝上都是自己進(jìn)行,因此可以投入較少的成本實(shí)現(xiàn)18650向21700的轉(zhuǎn)化。

目前國(guó)內(nèi)廠商代表有力神電池、比克電池、億緯鋰能、猛獅科技等公司,除此之外,天臣新能源、天鵬電源、創(chuàng)明新能源、智慧能源、智航新能源、橫店東磁、海四達(dá)、安徽泰能等電池公司也紛紛布局21700電池。