18650是指什么？18650電芯有哪些優(yōu)缺點(diǎn)呢？
來源：寶鄂實(shí)業(yè)
2019-06-28 14:48
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對于用18650電芯做為新能源電動汽車電池的技術(shù)路線，大家可能首先把目光轉(zhuǎn)向特斯拉。特斯拉在進(jìn)行電動汽車電池開發(fā)時，測試了很多種類的電池，但最后把目標(biāo)鎖定在18650電池，那么究竟18650電芯有哪些優(yōu)缺點(diǎn)？
18650其實(shí)是指電池的外形規(guī)格，是日本SONY公司當(dāng)年為了節(jié)省成本而定下的一種標(biāo)準(zhǔn)電池型號，其中18表示直徑為18mm，65表示長度為65mm，0表示為圓柱形電池。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鋰離子電池單節(jié)標(biāo)稱電壓一般為3.6V 或3.7V；最小放電終止電壓一般為2.5～2.75V。常見容量為1200～3300mAh。
18650電池是最早、最成熟、最穩(wěn)定的鋰離子電池，廣泛應(yīng)用在電子產(chǎn)品中。相比之下，層疊式鋰離子電池遠(yuǎn)遠(yuǎn)沒有成熟，常見的有方形電池、軟包電池，甚至連尺寸、大小、極耳位置等都不統(tǒng)一，電池廠商所具備的生產(chǎn)工藝也不能滿足條件，大多數(shù)以人為控制為主，電池的一致性達(dá)不到18650電池的水準(zhǔn)。如果電池的一致性達(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電池的性能更好地發(fā)揮，而18650電芯可以解決這一問題。
總結(jié)來說，18650電池的單體容量小，所需的單體數(shù)量會很多(Model S有7104只)，但是一致性很好；層疊式電池的容量可以做得較大(20 Ah到60 Ah)，單體數(shù)量可以降低，但是一致性差。相比之下，現(xiàn)階段很難投入大量的人力物力與電池供應(yīng)商一起去改善層疊式電池的生產(chǎn)工藝。因此，在研發(fā)Roadster和Model S的時候，Tesla的唯一選擇是從市場上去購買電池，自行開發(fā)電池系統(tǒng)。開發(fā)一套管理6000多節(jié)單體一致性很好的電池系統(tǒng)與開發(fā)一套200多節(jié)一致性很差的電池系統(tǒng)，相比之下，前者的技術(shù)難度應(yīng)該更低一些。即使單體電池數(shù)目增多，但是如果這些電池的性能是可靠的，管理起來還是容易一些。
對比另一款很成功的純電動汽車，日產(chǎn)的LEAF，它采用的是層疊式鋰離子電池。這是因?yàn)槿债a(chǎn)與NEC合作多年，在電池技術(shù)方面積累很深厚，在品質(zhì)控制方面有相當(dāng)?shù)墓αΑEAF的電池來自AESC--日產(chǎn)與NEC的合資公司。層疊式電池的厚度薄、表面大，均熱、散熱能力都不錯，因此日產(chǎn)LEAF很大膽地采用了被動式熱管理系統(tǒng)(其實(shí)就是不管理！)，由空氣的自然對流將熱量帶走。
關(guān)于能量密度
談到能量密度，就必須區(qū)分單體電池的能量密度與電池組的能量密度。
就單體電池的能量密度來看，18650電池要高于層疊式鋰離子電池。日產(chǎn)LEAF所用的33 Ah鋰離子電池的能量密度是157 Wh/kg，GM Volt所用的層疊式電池的能量密度約為150 Wh/kg；而Roadster所用的18650電池的能量密度約為211 Wh/kg。但是，18650電池的管理系統(tǒng)更加復(fù)雜，由此額外增加的重量會使得電池組的能量密度遠(yuǎn)低于單體的能量密度。Roadster的電池組重量是450 kg，能量密度是118 Wh/kg，而LEAF電池組的重量是225 kg，能量密度是107 Wh/kg。在電池組層次，兩者的能量密度已經(jīng)不相上下。
關(guān)于安全性
前面提到層疊式鋰離子電池的各種優(yōu)點(diǎn)，但它也有一些缺點(diǎn)。由于層疊式鋰離子電池一般是采用鋁塑膜封裝的，而鋁塑膜的厚度薄，機(jī)械強(qiáng)度差，在汽車發(fā)生碰撞等極端情況下，鋁塑膜很容易發(fā)生破損導(dǎo)致安全事故產(chǎn)生。這也就解釋了為什么日產(chǎn)要在4個單體組成的電池模塊外面再加一個鋁殼。
18650電池一般是鋼殼，安全性更好；而且前面也提到隨著18650電池生產(chǎn)工藝水平的的不斷提高，安全性也在不斷提高。
關(guān)于成本
18650鋰離子電池具有容量大、壽命長、安全性能高等特點(diǎn)，又因?yàn)轶w積小，重量輕，使用方便，深受消費(fèi)者的青睞。隨著人們對18650電池技術(shù)研究的不斷加深，使得電池的一致性、安全性都達(dá)到了非常高的水準(zhǔn)。作為最早的鋰離子電池，18650電池也是目前世界上最成熟、最穩(wěn)定的電池組合，至今仍然占據(jù)領(lǐng)先位置。我國每年生產(chǎn)18650電池約幾十億節(jié)，遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出其他材料的電池。
而Tesla采用18650電池，就可以利用日本松下等廠商之前的生產(chǎn)線進(jìn)行生產(chǎn)。在消費(fèi)類電子產(chǎn)品所用18650電池競爭日趨激烈的情況下，松下等廠商與Tesla合作升級產(chǎn)品，將原有的生產(chǎn)線改良后用于生產(chǎn)動力電池。工業(yè)生產(chǎn)有一個規(guī)模效應(yīng)，當(dāng)生產(chǎn)產(chǎn)品的規(guī)模達(dá)到一個量級之后，成本會大大降低。一輛新能源汽車就需要成千上萬節(jié)18650電池，因此單體的采購成本可控。
鋰離子電池發(fā)生事故80%是因短路而起，短路后引起電池起火、爆炸事故頻現(xiàn)報端動力鋰電池安全問題再次被推至輿論的風(fēng)口浪尖。短路之所以會引致更嚴(yán)重后果與“熱失控”現(xiàn)象有關(guān)。
電池材料的熱穩(wěn)定性一直是動力鋰電池安全性的重要因素和負(fù)極材料相比正極材料能量密度和功率密度低其與電解液的熱反應(yīng)也被認(rèn)為是電池?zé)崾Э匕l(fā)展的主要誘因。因此尋找熱穩(wěn)定性較好的正極材料成為動力鋰電池的關(guān)鍵。
從本質(zhì)上而言，“熱失控”是一個能量正反饋循環(huán)過程：升高的溫度會導(dǎo)致系統(tǒng)變熱，系統(tǒng)變熱升高溫度，這又反過來又讓系統(tǒng)變得更熱。熱失控是很常見的現(xiàn)象，從混凝土養(yǎng)護(hù)到恒星爆炸，都有可能會出現(xiàn)熱失控。
鋰離子電池出現(xiàn)熱失控的原因有如下幾種：
1、經(jīng)常過充。
2、未經(jīng)授權(quán)改裝外殼。
3、環(huán)境溫度超過60°C。
4、隔離鋰離子電池負(fù)極和正極的隔膜出現(xiàn)的撕裂會導(dǎo)致短路，而短路往往又會引起熱崩潰。
參與“熱失控”反應(yīng)的是鋰電池中的氧化鈷化學(xué)物。 加熱這種化學(xué)物達(dá)到一定溫度，它就開始自發(fā)熱，然后發(fā)展成起火和爆炸。在某些情況下，這種有機(jī)電解液釋放壓力會導(dǎo)致電池破裂。如果暴露在高溫環(huán)境下，或者是遇到火花，它也有可能會燃燒。
熱失控發(fā)生的概率與鋰電池基數(shù)有關(guān)，中日韓三國鋰電池產(chǎn)量都是逐年增長的，特別是在應(yīng)用較廣的手機(jī)/筆記本電腦領(lǐng)域，電池事故發(fā)生好象更多一些。2006年到2011年間多家大型電子企業(yè)都發(fā)生過相關(guān)事件，自進(jìn)入2012年之后，小型電子產(chǎn)品中發(fā)生較少，但是在大型應(yīng)用，比如飛機(jī)上的事故卻常見報道，這說明了以下現(xiàn)象。
熱失控現(xiàn)象及其強(qiáng)度與鋰電池的大小、配置和電池單元的數(shù)量有關(guān)。小型鋰電池組只有幾個鋰電池單元，所以熱失控從有問題的電池單元傳播到其他單元的機(jī)會相對較低。而波音787巨大的電池組就是另外一回事了：它們裝在密封的金屬盒里，不能排放余熱，當(dāng)一個電池單元熱到足以點(diǎn)燃電解質(zhì)時，其余的電池單元就會迅速跟進(jìn)。
電池充電時，金屬鋰的表面沉積非常容易聚結(jié)成枝杈狀鋰枝晶，從而刺穿隔膜，造成正負(fù)極直接短路。而且，金屬鋰非?；顫姡芍苯雍碗娊庖悍磻?yīng)放熱，其熔點(diǎn)又很低，即使表面金屬鋰枝晶沒有刺穿隔膜，只要溫度稍高，金屬鋰就會溶解，從而引發(fā)短路。材料發(fā)生氧化還原熱反應(yīng)的溫度越高，表明其氧化能力越弱，正極材料的氧化能力越強(qiáng)，發(fā)生反應(yīng)就越劇烈，也越容易引發(fā)安全事故。
無論大小鋰電池組都需要定期保養(yǎng)以延長其壽命，所有的鋰離子電池組通常都應(yīng)該每36個月左右就更換一次。而且，每當(dāng)電量降到20％的時候，你就應(yīng)該對它進(jìn)行充電，過度放電會損壞鋰電池，從而增加“熱失控”及其他事故的可能性。
鋰電池的優(yōu)點(diǎn)
鋰離子電池是近10年高技術(shù)研究的最重要成果之一，代表著化學(xué)電源發(fā)展的最先進(jìn)水平。由于這一新體系兼具高比能量、長循環(huán)壽命以及環(huán)境友好等顯著優(yōu)勢，現(xiàn)已成為各類先進(jìn)便攜式電子產(chǎn)品的主要配套電源，在移動場合具有絕對的優(yōu)勢，目前鋰離子電池的全球年需求量已達(dá)13億只，擁有每年270億美元的銷售額，毫無疑問是充電電池市場的主導(dǎo)者之一。隨著鋰離子電池新材料的研發(fā)、電池制作技術(shù)的創(chuàng)新以及眾多科研機(jī)構(gòu)和企業(yè)的參與，鋰離子電池的性能正日益提高，電池成本日益降低，電池的安全性能也得到極大提高，鋰離子電池在電動汽車領(lǐng)域正逐步顯示出應(yīng)用優(yōu)勢。日本富士經(jīng)濟(jì)認(rèn)為，鋰離子電池將在2011年開始逐步取代鎳氫電池，鋰離子電池作為未來的主流技術(shù)路線不容置疑。隨著納米鈦酸鋰、納米磷酸鐵鋰等新材料的開發(fā)與應(yīng)用，鋰離子電池將成為清潔交通、光伏儲能等一系列重大高技術(shù)應(yīng)用的理想選擇，目前中國國家電網(wǎng)公司正在積極開展10MW級鋰離子電池儲能系統(tǒng)的試驗(yàn)項(xiàng)目，這將引發(fā)相關(guān)制造設(shè)備和廠房的新一輪投資，同時，眾多新進(jìn)入鋰離子動力電池及材料的廠商將使相關(guān)領(lǐng)域的技術(shù)競爭更趨激烈，大容量鋰離子電池儲能電站將此基礎(chǔ)上逐漸興起。
優(yōu)勢1：輕！通常情況下，鉛酸電池組重量在16-30公斤，體積較大；而鋰電池重量一般在2.5-3.0公斤，體積相對較小，所以騎行輕便、搬運(yùn)也方便。
優(yōu)勢2：壽命長！鋰電池平均壽命大概是4年左右，大約是鉛酸電池的2倍，而且如果原來能跑50公里的話，用兩年后還能跑40公里，鉛酸電池能跑30公里就已經(jīng)夠逆天了。
優(yōu)勢3：更好用！鋰電池耐過充/耐充放電性能好，正常溫度下，鋰電池可以連續(xù)充電48小時不會出現(xiàn)電池膨脹漏液破裂等事故，容量保持在95%以上。并且在專用充電器下，可以進(jìn)行快速充放電，抗震性也強(qiáng)。
所以，我的結(jié)論是電動車上用鋰電池好，特斯拉和小牛電動車等用的都是18650鋰電池組。但鉛酸電池仍會在普通電動車上活上幾年，別忘了鉛酸電池的技術(shù)也在提高呢。
小結(jié)
可以說，采用18650電池作為新能源電動汽車的動力之源，在現(xiàn)階段是最優(yōu)的選擇。隨著電池技術(shù)工藝的成熟，同時也會出現(xiàn)更多新型的電池應(yīng)用在新能源電動汽車上。
