圓柱電池與方形電池相比較的話(huà)誰(shuí)更好？
來(lái)源：寶鄂實(shí)業(yè)
2019-06-30 19:39
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從2012年的銷(xiāo)售來(lái)看，在各類(lèi)鋰電池產(chǎn)品中，圓柱鋰電池的份額有所下降，而方形電池和聚合物電池均有所上升，其中，聚合物電池上升較快，那么，是不是圓柱鋰電池就不要發(fā)展了呢?不是的。
因?yàn)閳A柱鋰電池與方形都屬于液態(tài)鋰電池，而聚合物電池屬于另一種技術(shù)路線(xiàn)，所以，我們?cè)诖丝梢詫A柱電池與方形電池進(jìn)行比較。
從一些性能上來(lái)看，圓柱電池具有的優(yōu)勢(shì)是：能量密度相對(duì)較高;極片壓實(shí)相對(duì)較大，但倍率性能不如方形電池;而方形電池正好相反：倍率性能稍好于圓形電池，但能量密度比起圓形電池較低;這決定了圓柱電池更適合組成大容量電池組，比如比亞迪用于自己電動(dòng)車(chē)上的磷酸鐵鋰電池就是圓柱電池。
從成本上來(lái)看，主要是電芯采購(gòu)價(jià)格較便宜，其次是BMS模組的設(shè)計(jì)與制造和人力成本的相對(duì)低廉。因?yàn)閳A柱鋰電池是標(biāo)準(zhǔn)品，所以通常采用的是流水線(xiàn)作業(yè)，且無(wú)須另外設(shè)計(jì)和開(kāi)發(fā)，省了不少開(kāi)發(fā)費(fèi)用，作為一種成熟鋰電池類(lèi)型，它應(yīng)用于傳統(tǒng)電子數(shù)碼產(chǎn)品，例如筆記本電腦。
從國(guó)家之間的競(jìng)爭(zhēng)來(lái)看，中國(guó)圓柱鋰電池生產(chǎn)及其服務(wù)均有相對(duì)優(yōu)勢(shì)。隨著國(guó)內(nèi)企業(yè)的采購(gòu)規(guī)模的放大以及國(guó)產(chǎn)電芯的逐步成熟，大陸電池模組制造企業(yè)在成本方面相比國(guó)際競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手仍具有較為明顯的比較優(yōu)勢(shì)。除此之外，在對(duì)于電子產(chǎn)業(yè)鏈非常重要的快速響應(yīng)、售后服務(wù)以及市場(chǎng)營(yíng)銷(xiāo)方面，大陸企業(yè)也具有較大優(yōu)勢(shì)，成為贏得更大市場(chǎng)份額的重要推動(dòng)力量。
從一些性能上來(lái)看，圓柱電池具有的優(yōu)勢(shì)是：能量密度相對(duì)較高;極片壓實(shí)相對(duì)較大，但倍率性能不如方形電池;而方形電池正好相反：倍率性能稍好于圓形電池，但能量密度比起圓形電池較低;這決定了圓柱電池更適合組成大容量電池組，比如比亞迪用于自己電動(dòng)車(chē)上的磷酸鐵鋰電池就是圓柱電池。
從成本上來(lái)看，主要是電芯采購(gòu)價(jià)格較便宜，其次是BMS模組的設(shè)計(jì)與制造和人力成本的相對(duì)低廉。因?yàn)閳A柱鋰電池是標(biāo)準(zhǔn)品，所以通常采用的是流水線(xiàn)作業(yè)，且無(wú)須另外設(shè)計(jì)和開(kāi)發(fā)，省了不少開(kāi)發(fā)費(fèi)用，作為一種成熟鋰電池類(lèi)型，它應(yīng)用于傳統(tǒng)電子數(shù)碼產(chǎn)品，例如筆記本電腦。
從國(guó)家之間的競(jìng)爭(zhēng)來(lái)看，中國(guó)圓柱鋰電池生產(chǎn)及其服務(wù)均有相對(duì)優(yōu)勢(shì)。隨著國(guó)內(nèi)企業(yè)的采購(gòu)規(guī)模的放大以及國(guó)產(chǎn)電芯的逐步成熟，大陸電池模組制造企業(yè)在成本方面相比國(guó)際競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手仍具有較為明顯的比較優(yōu)勢(shì)。除此之外，在對(duì)于電子產(chǎn)業(yè)鏈非常重要的快速響應(yīng)、售后服務(wù)以及市場(chǎng)營(yíng)銷(xiāo)方面，大陸企業(yè)也具有較大優(yōu)勢(shì)，成為贏得更大市場(chǎng)份額的重要推動(dòng)力量。
1、水分
過(guò)多的水分會(huì)與正負(fù)極活性物質(zhì)發(fā)生副反應(yīng)、破壞其結(jié)構(gòu)進(jìn)而影響循環(huán)，同時(shí)水分過(guò)多也不利于SEI膜的形成，但在痕量的水分難以除去的同時(shí)，痕量的水也可以一定程度上保證電芯的性能。
2、正負(fù)極壓實(shí)
正負(fù)極壓實(shí)過(guò)高，雖然可以提高電芯的能量密度，但是也會(huì)一定程度上降低材料的循環(huán)性能，從理論來(lái)分析，壓實(shí)越大，相當(dāng)于對(duì)材料的結(jié)構(gòu)破壞越大，而材料的結(jié)構(gòu)是保證鋰離子電池可以循環(huán)使用的基礎(chǔ);此外，正負(fù)極壓實(shí)較高的電芯難以保證較高的保液量，而保液量是電芯完成正常循環(huán)或更多次的循環(huán)的基礎(chǔ)。
3、測(cè)試的客觀條件
測(cè)試過(guò)程中的充放電倍率、截止電壓、充電截止電流、測(cè)試中的過(guò)充過(guò)放、測(cè)試房溫度、測(cè)試過(guò)程中的突然中斷、測(cè)試點(diǎn)與電芯的接觸內(nèi)阻等外界因素，都會(huì)或多或少影響循環(huán)性能測(cè)試結(jié)果，另外，不同的材料對(duì)上述客觀因素的敏感程度各不相同，統(tǒng)一測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)并且了解共性及重要材料的特性應(yīng)該就足夠日常工作使用了。
4、負(fù)極過(guò)量
負(fù)極過(guò)量的原因除了需要考慮首次不可逆容量的影響和涂布膜密度偏差之外，對(duì)循環(huán)性能的影響也是一個(gè)考量，對(duì)于鈷酸鋰加石墨體系而言，負(fù)極石墨成為循環(huán)過(guò)程中的"短板"一方較為常見(jiàn)，若負(fù)極過(guò)量不充足，電芯可能在循環(huán)前并不析鋰，但是循環(huán)幾百次后正極結(jié)構(gòu)變化甚微但是負(fù)極結(jié)構(gòu)被破壞嚴(yán)重而無(wú)法完全接收正極提供的鋰離子從而析鋰，造成容量過(guò)早下降。
5、涂布膜密度
單一變量的考慮膜密度對(duì)循環(huán)的影響幾乎是一個(gè)不可能的任務(wù)，膜密度不一致要么帶來(lái)容量的差異、要么是電芯卷繞或疊片層數(shù)的差異，對(duì)同型號(hào)同容量同材料的電芯而言，降低膜密度相當(dāng)于增加一層或多層卷繞或疊片層數(shù)，對(duì)應(yīng)增加的隔膜可以吸收更多的電解液以保證循環(huán)，考慮到更薄的膜密度可以增加電芯的倍率性能、極片及裸電芯的烘烤除水也會(huì)容易些，當(dāng)然太薄的膜密度涂布時(shí)的誤差可能更難控制，活性物質(zhì)中的大顆粒也可能會(huì)對(duì)涂布、滾壓造成負(fù)面影響，更多的層數(shù)意味著更多的箔材和隔膜，進(jìn)而意味著更高的成本和更低的能量密度，所以，評(píng)估時(shí)也需要均衡考量。
6、材料種類(lèi)
材料的選擇是影響鋰離子電池性能的第一要素，選擇了循環(huán)性能較差的材料，工藝再合理、制成再完善，電芯的循環(huán)也必然無(wú)法保證;選擇了較好的材料，即使后續(xù)制成有些許問(wèn)題，循環(huán)性能也可能不會(huì)差的過(guò)于離譜，從材料角度來(lái)看，一個(gè)全電池的循環(huán)性能，是由正極與電解液匹配后的循環(huán)性能、負(fù)極與電解液匹配后的循環(huán)性能這兩者中，較差的一者來(lái)決定的，材料的循環(huán)性能較差，一方面可能是在循環(huán)過(guò)程中晶體結(jié)構(gòu)變化過(guò)快從而無(wú)法繼續(xù)完成嵌鋰脫鋰，一方面可能是由于活性物質(zhì)與對(duì)應(yīng)電解液無(wú)法生成致密均勻的SEI膜造成活性物質(zhì)與電解液過(guò)早發(fā)生副反應(yīng)而使電解液過(guò)快消耗進(jìn)而影響循環(huán)。在電芯設(shè)計(jì)時(shí)，若一極確認(rèn)選用循環(huán)性能較差的材料，則另一極無(wú)需選擇循環(huán)性能較好的材料，浪費(fèi)。
7、電解液量
電解液量不足對(duì)循環(huán)產(chǎn)生影響主要有三個(gè)原因，一是注液量不足，二是雖然注液量充足但是老化時(shí)間不夠或者正負(fù)極由于壓實(shí)過(guò)高等原因造成的浸液不充分，三是隨著循環(huán)電芯內(nèi)部電解液被消耗完畢。第三點(diǎn)，正負(fù)極特別是負(fù)極與電解液的匹配性的微觀表現(xiàn)為致密且穩(wěn)定的SEI的形成，而右眼可見(jiàn)的表現(xiàn)，既為循環(huán)過(guò)程中電解液的消耗速度，不完整的SEI膜一方面無(wú)法有效阻止負(fù)極與電解液發(fā)生副反應(yīng)從而消耗電解液，一方面在SEI膜有缺陷的部位會(huì)隨著循環(huán)的進(jìn)行而重新生成SEI膜從而消耗可逆鋰源和電解液。不論是對(duì)循環(huán)成百甚至上千次的電芯還是對(duì)于幾十次既跳水的電芯，若循環(huán)前電解液充足而循環(huán)后電解液已經(jīng)消耗完畢，則增加電解液保有量很可能就可以一定程度上提高其循環(huán)性能。
過(guò)多的水分會(huì)與正負(fù)極活性物質(zhì)發(fā)生副反應(yīng)、破壞其結(jié)構(gòu)進(jìn)而影響循環(huán)，同時(shí)水分過(guò)多也不利于SEI膜的形成，但在痕量的水分難以除去的同時(shí)，痕量的水也可以一定程度上保證電芯的性能。
2、正負(fù)極壓實(shí)
正負(fù)極壓實(shí)過(guò)高，雖然可以提高電芯的能量密度，但是也會(huì)一定程度上降低材料的循環(huán)性能，從理論來(lái)分析，壓實(shí)越大，相當(dāng)于對(duì)材料的結(jié)構(gòu)破壞越大，而材料的結(jié)構(gòu)是保證鋰離子電池可以循環(huán)使用的基礎(chǔ);此外，正負(fù)極壓實(shí)較高的電芯難以保證較高的保液量，而保液量是電芯完成正常循環(huán)或更多次的循環(huán)的基礎(chǔ)。
3、測(cè)試的客觀條件
測(cè)試過(guò)程中的充放電倍率、截止電壓、充電截止電流、測(cè)試中的過(guò)充過(guò)放、測(cè)試房溫度、測(cè)試過(guò)程中的突然中斷、測(cè)試點(diǎn)與電芯的接觸內(nèi)阻等外界因素，都會(huì)或多或少影響循環(huán)性能測(cè)試結(jié)果，另外，不同的材料對(duì)上述客觀因素的敏感程度各不相同，統(tǒng)一測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)并且了解共性及重要材料的特性應(yīng)該就足夠日常工作使用了。
4、負(fù)極過(guò)量
負(fù)極過(guò)量的原因除了需要考慮首次不可逆容量的影響和涂布膜密度偏差之外，對(duì)循環(huán)性能的影響也是一個(gè)考量，對(duì)于鈷酸鋰加石墨體系而言，負(fù)極石墨成為循環(huán)過(guò)程中的"短板"一方較為常見(jiàn)，若負(fù)極過(guò)量不充足，電芯可能在循環(huán)前并不析鋰，但是循環(huán)幾百次后正極結(jié)構(gòu)變化甚微但是負(fù)極結(jié)構(gòu)被破壞嚴(yán)重而無(wú)法完全接收正極提供的鋰離子從而析鋰，造成容量過(guò)早下降。
5、涂布膜密度
單一變量的考慮膜密度對(duì)循環(huán)的影響幾乎是一個(gè)不可能的任務(wù)，膜密度不一致要么帶來(lái)容量的差異、要么是電芯卷繞或疊片層數(shù)的差異，對(duì)同型號(hào)同容量同材料的電芯而言，降低膜密度相當(dāng)于增加一層或多層卷繞或疊片層數(shù)，對(duì)應(yīng)增加的隔膜可以吸收更多的電解液以保證循環(huán)，考慮到更薄的膜密度可以增加電芯的倍率性能、極片及裸電芯的烘烤除水也會(huì)容易些，當(dāng)然太薄的膜密度涂布時(shí)的誤差可能更難控制，活性物質(zhì)中的大顆粒也可能會(huì)對(duì)涂布、滾壓造成負(fù)面影響，更多的層數(shù)意味著更多的箔材和隔膜，進(jìn)而意味著更高的成本和更低的能量密度，所以，評(píng)估時(shí)也需要均衡考量。
6、材料種類(lèi)
材料的選擇是影響鋰離子電池性能的第一要素，選擇了循環(huán)性能較差的材料，工藝再合理、制成再完善，電芯的循環(huán)也必然無(wú)法保證;選擇了較好的材料，即使后續(xù)制成有些許問(wèn)題，循環(huán)性能也可能不會(huì)差的過(guò)于離譜，從材料角度來(lái)看，一個(gè)全電池的循環(huán)性能，是由正極與電解液匹配后的循環(huán)性能、負(fù)極與電解液匹配后的循環(huán)性能這兩者中，較差的一者來(lái)決定的，材料的循環(huán)性能較差，一方面可能是在循環(huán)過(guò)程中晶體結(jié)構(gòu)變化過(guò)快從而無(wú)法繼續(xù)完成嵌鋰脫鋰，一方面可能是由于活性物質(zhì)與對(duì)應(yīng)電解液無(wú)法生成致密均勻的SEI膜造成活性物質(zhì)與電解液過(guò)早發(fā)生副反應(yīng)而使電解液過(guò)快消耗進(jìn)而影響循環(huán)。在電芯設(shè)計(jì)時(shí)，若一極確認(rèn)選用循環(huán)性能較差的材料，則另一極無(wú)需選擇循環(huán)性能較好的材料，浪費(fèi)。
7、電解液量
電解液量不足對(duì)循環(huán)產(chǎn)生影響主要有三個(gè)原因，一是注液量不足，二是雖然注液量充足但是老化時(shí)間不夠或者正負(fù)極由于壓實(shí)過(guò)高等原因造成的浸液不充分，三是隨著循環(huán)電芯內(nèi)部電解液被消耗完畢。第三點(diǎn)，正負(fù)極特別是負(fù)極與電解液的匹配性的微觀表現(xiàn)為致密且穩(wěn)定的SEI的形成，而右眼可見(jiàn)的表現(xiàn)，既為循環(huán)過(guò)程中電解液的消耗速度，不完整的SEI膜一方面無(wú)法有效阻止負(fù)極與電解液發(fā)生副反應(yīng)從而消耗電解液，一方面在SEI膜有缺陷的部位會(huì)隨著循環(huán)的進(jìn)行而重新生成SEI膜從而消耗可逆鋰源和電解液。不論是對(duì)循環(huán)成百甚至上千次的電芯還是對(duì)于幾十次既跳水的電芯，若循環(huán)前電解液充足而循環(huán)后電解液已經(jīng)消耗完畢，則增加電解液保有量很可能就可以一定程度上提高其循環(huán)性能。
與此同時(shí)，我國(guó)動(dòng)力電池市場(chǎng)出現(xiàn)供應(yīng)緊張和產(chǎn)能過(guò)剩并存現(xiàn)象。數(shù)據(jù)顯示，2017年中國(guó)動(dòng)力電池產(chǎn)能已經(jīng)超過(guò)了200GWh,但總體產(chǎn)能利用率卻只有40%。市場(chǎng)兩極分化明顯，高端優(yōu)質(zhì)產(chǎn)品供不應(yīng)求，低端產(chǎn)能銷(xiāo)售困難，呈現(xiàn)出結(jié)構(gòu)性產(chǎn)能過(guò)剩，寧德時(shí)代新能源科技股份有限公司副董事長(zhǎng)黃世霖預(yù)測(cè)，動(dòng)力電池產(chǎn)能過(guò)剩的情況可能會(huì)延續(xù)到2020年以后。
動(dòng)力電池領(lǐng)域的競(jìng)爭(zhēng)環(huán)境也從最初的粗放式競(jìng)爭(zhēng)逐步邁向精細(xì)化角逐，伴隨市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)加劇，一些低門(mén)檻、技術(shù)落后的動(dòng)力電池企業(yè)逐漸被淘汰出局，行業(yè)洗牌加速。數(shù)據(jù)顯示，中國(guó)動(dòng)力電池配套企業(yè)已經(jīng)從2015年的大約150家降到了2017年的100家左右，三分之一的企業(yè)已經(jīng)被淘汰出局。
動(dòng)力電池領(lǐng)域的競(jìng)爭(zhēng)環(huán)境也從最初的粗放式競(jìng)爭(zhēng)逐步邁向精細(xì)化角逐，伴隨市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)加劇，一些低門(mén)檻、技術(shù)落后的動(dòng)力電池企業(yè)逐漸被淘汰出局，行業(yè)洗牌加速。數(shù)據(jù)顯示，中國(guó)動(dòng)力電池配套企業(yè)已經(jīng)從2015年的大約150家降到了2017年的100家左右，三分之一的企業(yè)已經(jīng)被淘汰出局。
