特斯拉電池系統(tǒng)尺寸從18650提高到21700有什么好處?
21700電池的這把火,則是由特斯拉 Model 3 全面啟用21700三元鋰電池開始,開啟了一個圓柱電池提升容量的新階段。特斯拉 Model 3的21700型電池系統(tǒng),能量密度在300Wh/kg左右,比原來Model S使用的18650電池能量密度提升20%以上,單體容量提升35%,系統(tǒng)成本降低9%左右。
總結(jié)下來,尺寸從18650提高到21700,獲得好處如下:
1)適當提高能量密度情況下,可以選擇常規(guī)材料,性能穩(wěn)定、性價比高;
2)可以適當進行多極耳機構(gòu)設(shè)計,降低內(nèi)阻;
3)同樣能量密度下,可以選擇快充特性石墨,改善快充性能;
4)適當增加直徑和高度可以獲得更多的有效體積。
5)單體電芯容量增大,輔助構(gòu)件比例降低,降低PACK成本。
目前國際上能夠批量生產(chǎn)21700電池的企業(yè)屈指可數(shù),除了松下和特斯拉聯(lián)合研發(fā)的21700電池量產(chǎn)外,先前三星SDI也曾展示相關(guān)21700產(chǎn)品,據(jù)了解該產(chǎn)品還沒有進行批量生產(chǎn)。國內(nèi)21700廠家,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。
而32131電池,國軒高科發(fā)布,擬在合肥廬江建立32131圓柱電芯生產(chǎn)線。
單位體積容量與循環(huán)壽命、倍率、安全性是強相關(guān)因素:容量每提升10%,循環(huán)壽命大約會降低20%;容量每提升10%,充放電倍率降低30-40%;容量每提升10%,溫升大約會提高20%,且呈幾何級上升;能量密度越高,安全性風險越大。
基于18650電池的缺陷,隨著政策要求電池能量密度的不斷提高,提高了材料成本
a.新材料如NCA、硅碳等新材料供應(yīng)鏈尚不成熟,成本高,供應(yīng)難以穩(wěn)定;
b.新材料制程對環(huán)境要求高,固定資產(chǎn)投資高,能耗巨大;單體電池容量低,PACK成組技術(shù)要求和成本偏高;
c.單體電芯最多適應(yīng)正單、負雙極耳結(jié)構(gòu),而且對能量密度影響較為顯著;
d.高曲率部分比率較大,循環(huán)壽命受到較大影響;
e.高能量密度與高倍率充電同時要求時,設(shè)計空間已到極限。
更大直徑圓柱鋰離子電池將成為必然趨勢,21相對18是更好的選擇,32131系列也是未來一個方向,但基于目前技術(shù)水平及其他類型的競爭,短期內(nèi),難以呈現(xiàn)爆發(fā)式增長。
18650圓柱電池發(fā)展到今天,也存在著他的優(yōu)缺點。
18650圓柱電池優(yōu)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(shù)成熟,成本低,但同時,成本優(yōu)化的空間也已經(jīng)消耗的差不多;
4)單體能量小,發(fā)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。
18650圓柱電池缺點:
1)在電動汽車這個語境中,電池系統(tǒng)的圓柱單體數(shù)量都很大,這就使得電池系統(tǒng)復(fù)雜度大增,無論機構(gòu)還是管理系統(tǒng),相對于其他兩類電池,系統(tǒng)級別的成本圓柱電池偏高;
2)在溫度環(huán)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(shè)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(chǎn)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(tǒng)的研發(fā)動力。
3)能量密度的上升空間已經(jīng)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(nèi),只有死磕材料,公認是一條難走的路。
















