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从技术角度看圆柱型锂电池21700

2021-11-16 08:17 阅读次数:

本文摘要:与软包和方形锂电池比起,18650圆柱形锂电池,是商业化最先,生产自动化程度最低,当前成本低于的一种动力电池。又有Tesla多年夹持,基本维持着与软包和方形电池三分天下的局面。从特斯拉宣告Model3使用21700以后,圆柱电池家族也多出了一个明星成员。本文一起来想到圆柱电池涉及的几个技术点。 下文中不类似声明的,圆柱电池就特指18650。圆柱电池结构注目一下动力电池就不会找到,圆柱18560电池,是被研究的最少,技术辩论最充份的电池品种。

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与软包和方形锂电池比起,18650圆柱形锂电池,是商业化最先,生产自动化程度最低,当前成本低于的一种动力电池。又有Tesla多年夹持,基本维持着与软包和方形电池三分天下的局面。从特斯拉宣告Model3使用21700以后,圆柱电池家族也多出了一个明星成员。本文一起来想到圆柱电池涉及的几个技术点。

下文中不类似声明的,圆柱电池就特指18650。圆柱电池结构注目一下动力电池就不会找到,圆柱18560电池,是被研究的最少,技术辩论最充份的电池品种。单体主要由负极,负极,隔膜,负极负极集电极,安全阀,过流保护装置,绝缘件和壳体联合构成。壳体,早期钢壳较多,当前以铝壳居多。

其中安全阀、PTC如下图右图。单体过流保护装置,每个厂家的设计并不相同,根据对安全性拒绝的有所不同,价格要去有所不同,可以展开自定义。

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一般的安全装置主要有PTC于是以温度系数电阻和熔断装置两大类。PTC,当经常出现过大电流,电阻痉挛,温度累积更加增进PTC阻值的下降,当温度多达一个阈值以后,急剧减小,相等于把故障电芯从总体电路中隔绝出去,防止更进一步热失控的再次发生。熔断装置,原理上就是一个熔丝,遇上过大电流,熔丝熔断,电路被插入。

两种保护装置的区别在于前者可恢复,后者的维护是重复使用的,一旦故障再次发生,系统必需指出替换问题电芯才能长时间工作。圆柱电芯特点圆柱电芯,特别是在18650,由于其自身结构特点,也由于其型号的标准化,圆柱电芯生产的自动化水平,在3种主要电芯形式中为最低。

这就使得高度一致性沦为有可能,成品率适当获得提升。有数据表明,三星、松下等国外主要厂家良品率可以超过98%,而我国厂商也可以多达90%。优点1)如前面所述,单体一致性较好;2)单体自身力学性能好,与方形和软包电池比起,堵塞的圆柱体,近似于尺寸下,可以取得最低的倾斜强度;3)技术成熟期,成本低,但同时,成本优化的空间也早已消耗的差不多;4)单体能量小,再次发生事故时,形式易于控制,但这一点也正在沦为它被代替的理由(那句风行的话怎么谈,成就你的也将吞噬你,杀死不杀你的也终将使你强劲,物同此理啊)缺点,1)在电动汽车这个语境中,电池系统的圆柱单体数量都相当大,这就使得电池系统复杂度大幅提高,无论机构还是管理系统,相对于其他两类电池,系统级别的成本圆柱电池偏高;2)在温度环境不均匀分布条件下,大量电芯特性异化的概率下降,当然,特斯拉之所以在设计之初自由选择18650,坚信只是个不得已之中选,因为10年前,需要大批量生产的合格动力电池,只有圆柱电池。而电池的安全性和热管理市场需求,反而是它强劲电控系统的研发动力。

3)能量密度的下降空间早已较小,2016年的新闻,超威把单体容量做4050mAh,电芯比能量306Wh/kg,此后没看见更高的记录。在既定空间内,只有死磕材料,普遍认为是一条无以回头的路。Tesila的Model3电池系统带火了21700特斯拉Model3全面落成21700三元锂电池,打开了一个圆柱电池提高容量的新阶段。特斯拉Model3的21700型电池系统,能量密度在300Wh/kg左右,比原本ModelS用于的18650电池能量密度提高20%以上,单体容量提高35%,系统成本减少9%左右。

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21700涉及厂家和车型目前国际上需要批量生产21700电池的企业屈指可数,除了松下和特斯拉牵头研发的21700电池量产外,先前三星SDI也曾展出涉及21700产品,据理解该产品还没展开批量生产。国内21700厂家,新闻资料表明著手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审批,8月16日,国家工信部公布《道路机动车辆生产企业及产品公告》(第299批)的车辆新产品审批。

其中,由南京金龙客车生产有限公司和北汽(常州)汽车有限公司生产的两款显电动厢式运输车(型号为NJL5040XXYBEV25和BJ5040XXYCJ06EV),首度配备了21700三元锂离子电池。从18650到21700,怎么看来升容这件事?自从网上看见这幅图,就总想找机会把它放在文章里,原因无他,图中关于提高比能量的总结可以说道很全面了。沿着图中的思路,如果从化学方法提升电芯比能量,18650前途并不光明。18650锂离子电池发展面对的挑战,面临当前人们大大提升比能量的现状,如果保持外形尺寸恒定,又要提升能量密度,18650面对诸多挑战:1)新材料如NCA、硅碳等新材料供应链尚能不成熟期,成本高,供应无法平稳,比如更高能量密度的材料811,本身稳定性和制程掌控距离量产有段差距,结果就是短期内811的18650贵很多,性能却劣不少;2)新材料制程对环境拒绝低,固定资产投资低,能耗极大;3)单体电池容量较低,PACK成组技术拒绝和成本偏高;4)单体电芯最多适应环境正单、胜双极耳结构,而且对能量密度影响更为贞着;5)低能量密度与高倍率电池同时拒绝时,设计空间较小,18650用523+石墨体系,按新的国标,1C做2.4AH已到了设计的无限大。

更大直径圆柱锂离子电池将沦为必然趋势,有数据如下图右图,更大尺寸电芯与18650在极耳设计和一维曲率两个角度展开对比,大尺寸电芯表明出有显著优势。总结下来,尺寸从18650提升到21700,取得益处如下:1)必要提升能量密度情况下,可以自由选择常规材料,性能平稳、性价比低;2)可以必要展开多极耳机构设计,减少内阻;3)某种程度能量密度下,可以自由选择慢差使特性石墨,提高慢差使性能;4)必要减少直径和高度可以取得更好的有效地体积。

5)单体电芯容量减小,辅助构件比例减少,减少Pack成本。而工信部新的施行的国家标准《GB/T34013-2017电动汽车用动力蓄电池产品规格尺寸》之中,把原本印发稿中只有18650和32650改动出了涵盖21700在内的4个规格,也视作21700的一个根本性受到影响了。提高容量的路径与小单体等价于安全性低的早期观点有冲突。


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