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首页 > 电池资讯 > 行业新闻 > 从技术角度看圆柱型锂电池

从技术角度看圆柱型锂电池

来源: 电池招聘网      作者:batthr     发布时间:2018-04-16 09:05:23     浏览次数:116    

  Tesila的Model 3电池系统带火了21700

  特斯拉 Model 3 全面启用21700三元锂电池,开启了一个圆柱电池提升容量的新阶段。特斯拉 Model 3的21700型电池系统,能量密度在300Wh/kg左右,比原来Model S使用的18650电池能量密度提升20%以上,单体容量提升35%,系统成本降低9%左右。

  21700相关厂家和车型

  目前国际上能够批量生产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生产。

  国内21700厂家,新闻资料显示着手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《道路机动车辆生产企业及产品公告》(第299批)的车辆新产品公示。其中,由南京金龙客车制造有限公司和北汽(常州)汽车有限公司生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。

从技术角度看圆柱型锂电池21700

  从18650到21700,怎么看待升容这件事?

  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,图中关于提升比能量的总结可以说很全面了。沿着图中的思路,如果从化学方法提高电芯比能量,18650前途并不光明。

  18650锂离子电池发展面临的挑战,面对当前人们不断提高比能量的现状,如果维持外形尺寸不变,又要提高能量密度,18650面临诸多挑战:

  1)新材料如NCA、硅碳等新材料供应链尚不成熟,成本高,供应难以稳定,比如更高能量密度的材料811,本身稳定性和制程控制距离量产有段差距,结果就是短期内811的18650贵很多,性能却差不少;

  2)新材料制程对环境要求高,固定资产投资高,能耗巨大;

  3)单体电池容量低,PACK成组技术要求和成本偏高;

  4)单体电芯最多适应正单、负双极耳结构,而且对能量密度影响较为显着;

  5)高能量密度与高倍率充电同时要求时,设计空间很小,18650用523+石墨体系,按新国标,1C做到2.4AH已到了设计的极限。

  更大直径圆柱锂离子电池将成为必然趋势,更大尺寸电芯与18650在极耳设计和卷绕曲率两个角度进行对比,大尺寸电芯显示出明显优势。

  总结下来,尺寸从18650提高到21700,获得好处如下:

  1)适当提高能量密度情况下,可以选择常规材料,性能稳定、性价比高;

  2)可以适当进行多极耳机构设计,降低内阻;

  3)同样能量密度下,可以选择快充特性石墨,改善快充性能;

  4)适当增加直径和高度可以获得更多的有效体积。

  5)单体电芯容量增大,辅助构件比例降低,降低Pack成本。

  而工信部新颁布的国家标准《GB/T 34013-2017 电动汽车用动力蓄电池产品规格尺寸》之中,把原来征求意见稿中只有18650和32650修改成了囊括21700在内的4个规格,也算作21700的一个重大利好了。

  然而,提升容量的路径与小单体等价于安全性高的早期观点有冲突。小型锂离子电池(<3Ah)及电池模组(<150Ah)的热安全性已经有很多较为成熟的方法进行防控,比如加入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)的安全性控制问题仍然存在挑战。大型动力锂离子电池相比于小型电池,由于其本身所含能量较高,当出现热安全性问题时,所带来的后果会更为严重;由于电池体积的增大,造成电池比表面积的减小进而使得电池单位体积散热面积的降低。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风险增加,进而导致电池出现一系列问题。

  一般认为,如果厂家掌握更为先进的安全管理技术,可以让风险停留在自身系统的可控范围内,就可以对冲掉电池单体带来的风险。反过来也可以说,使用更大容量的电芯去构建系统,理论上是以单体设计和电池pack设计风险管理技术水平的提高为前提的。

  容量提升带来的风险和收益,是业内的显知识,主机厂是否全面接受,愿意为它让渡一定的安全性,是21700进一步发展的关键一环,个人觉得,这个需要很长一段时间。而生产21700所需要的设备的调整和更新,则受到设备供应商观点的影响。

  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,这种无法降级使用的尺寸,也是对厂家决心和资金实力的考验。

  单从技术积累角度看,18650被企业和学术单位研究多年,有很多公开数据和资料,比如热管理模型,比如热失控预测等等。对于自身研发能力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。

  对于21700在未来的发展,利好不少,利空也可以随手罗列。但这都是圆柱电池内部比较。如果再考虑方形电池和软包电池的竞争,21700的大发展可能并不会很快到来。

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