介紹三元鋰電池的三種包裝形式：鋼瓶、方形和軟包裝
來源：寶鄂實業(yè)
2019-07-17 10:53
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眾所周知，三元鋰電池有三種包裝形式：鋼瓶、方形和軟包裝。大多數(shù)圓柱電池和方形電池是由鋼殼或鋁殼制成的，而軟包裝電池是鋁塑薄膜。
由于目前鋁塑薄膜的質(zhì)量和軟涂電池的工藝非常不成熟，我們暫時不談它。
三元聚合物鋰電池是指正極材料使用鎳鈷錳酸鋰（Li（NiCoMn）O2）三元正極材料的鋰電池，三元復(fù)合正極材料前驅(qū)體產(chǎn)品，是以鎳鹽、鈷鹽、錳鹽為原料,里面鎳鈷錳的比例可以根據(jù)實際需要調(diào)整，三元材料做正極的電池相對于鈷酸鋰電池安全性高，但是電壓太低，用在手機上（手機截止電壓一般在3.0V左右）會有明顯的容量不足的感覺。
三元聚合物鋰電池是指正極材料使用鎳鈷錳酸鋰（Li（NiCoMn）O2）三元正極材料的鋰電池，三元復(fù)合正極材料前驅(qū)體產(chǎn)品，是以鎳鹽、鈷鹽、錳鹽為原料,里面鎳鈷錳的比例可以根據(jù)實際需要調(diào)整，三元材料做正極的電池相對于鈷酸鋰電池安全性高，但是電壓太低，用在手機上（手機截止電壓一般在3.0V左右）會有明顯的容量不足的感覺。
今天，我們將討論圓柱型三元鋰電池和方形三元鋰電池之間的區(qū)別。
能量密度比
能量密度比是指單位重量電池的容量。根據(jù)國內(nèi)主流18650(1.75AH)標(biāo)準(zhǔn)，圓柱單體和方形單體的能量密度比可以達(dá)到215 W/kg，方形單體的能量密度比按50 AH可以達(dá)到205 WH/kg，系統(tǒng)的成組率約為18650，平方比約為70%。系統(tǒng)的成組率可以想象為對箱內(nèi)腿部的放火，方形火腿之間的距離較小，因此系統(tǒng)的成組率較高。
這樣，18650電池組系統(tǒng)的能量密度比約為129 WH·kg，方形電池組系統(tǒng)的能量密度比約為143 WH/kg。今后，當(dāng)能量密度比為18650和方型單體相同時，分組率較高的方形鋰電池組將具有更明顯的優(yōu)勢。
乘數(shù)性質(zhì)
充放電率=充放電電流/額定容量，充放電率越高，電池支持的充電速度越快。國產(chǎn)主流水平能芯18650是1C左右，平方可以達(dá)到1.5≤2C(需處理好熱管理)，離3C的政策目標(biāo)還有一段距離。然而，為了實現(xiàn)既定的3C目標(biāo)，正方形制造工藝完全有可能越來越完善。
循環(huán)壽命
在1C充電、1C放電的條件下，最佳方芯的剩余容量仍可達(dá)80%，而最佳18650芯容量僅為70%，可見方形電池的循環(huán)壽命優(yōu)于18650電池。
一致性
領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用。然而，18650核心的單機容量相對較低，不足以滿足電動汽車的要求，因此特斯拉開發(fā)了21700型。目前，高程度的設(shè)備自動化是圓柱企業(yè)節(jié)省勞動力成本最經(jīng)濟的地方，但圓柱形的產(chǎn)銷鏈已經(jīng)非常成熟，壓縮空間幾乎沒有了。
尺寸和電極厚度在方形核上仍有很大的進步空間，就尺寸而言，從最初的20 AH到現(xiàn)在的50 AH的散裝產(chǎn)品在市場上已經(jīng)出現(xiàn)。容量越大，WH的成本就越低，因此客戶認(rèn)為大規(guī)模生產(chǎn)大容量方塊是完全有可能的。
三元體系動力電池與磷酸亞鐵鋰電池安全性的理論分析
安全性：限制三元材料在商用電動車上應(yīng)用無疑是從材料的安全性上考慮的，那我們來分析兩款材料的實際安全性。磷酸亞鐵鋰電池比較三元鋰電池安全的理論依據(jù)：行業(yè)內(nèi)普遍認(rèn)為磷酸亞鐵鋰材料比三元材料安全性更好，所以大型商務(wù)電動車不可以用三元材料而要使用磷酸亞鐵鋰材料就是基于上面的幾種材料的熱分析得出的數(shù)據(jù)。磷酸亞鐵鋰的熱分解溫度在270℃，沒有包覆的鎳酸鋰材料的熱分解溫度在214℃。而且磷酸亞鐵鋰分解產(chǎn)熱比較少，這就是磷酸亞鐵鋰比三元材料更安全的理論基礎(chǔ)。
這個理論依據(jù)移植到鋰離子電池體系會是什么樣的，我們從材料到電池體系的角度分析又會是什么樣的情形。
A、現(xiàn)在動力電池所使用的不管是111或者523的鎳鈷錳三元材料，由于錳的加入和氧化鋁的包覆，其分解析氧溫度都達(dá)到230℃，材料本身和磷酸亞鐵鋰的熱分解溫度在減小。
B、鋰離子電池體系中PP隔膜的熱熔溫度在135-140℃，PE隔膜的熱熔溫度在125-130℃，經(jīng)過150℃高溫烘烤的電池拆開內(nèi)部隔膜都已經(jīng)熔化，正負(fù)極已經(jīng)短路。鋰離子電池發(fā)生著火爆炸的最大原因在于內(nèi)部短路造成正負(fù)極直接接觸產(chǎn)生大量的熱導(dǎo)致連鎖反應(yīng)（正負(fù)極反應(yīng)產(chǎn)熱、負(fù)極與電解液反應(yīng)、六氟磷酸鋰分解產(chǎn)熱導(dǎo)致溫度升高，化學(xué)反應(yīng)速度加快，同時電解液溶劑氣化導(dǎo)致電池內(nèi)壓增大也加速內(nèi)部化學(xué)反應(yīng)速度。
C、鋰離子電池體系的有機電解液的沸點都比較低，溶劑組分的沸點從80-150℃不等，溶質(zhì)六氟磷酸鋰的熱分解溫度也低于100℃，而且有機溶劑都是易燃物，這個溫度遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于鎳鈷錳三元材料的熱分解溫度。
D、在鋰離子電池的破壞性測試過程中，不管是磷酸亞鐵鋰為正極的電池還是鎳鈷錳三元材料正極的電池，在加熱超過180℃的情況下，都會發(fā)生起火爆炸，而這個溫度遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于三元材料或者磷酸亞鐵鋰材料的分解溫度。也就是說發(fā)生的鋰離子電池著火爆炸根本原因不是正極材料的熱分解溫度低30℃造成的著火爆炸。
總之，材料的安全并不意味著電池的安全，磷酸鐵鋰代表安全是一個偽命題，不管是磷酸亞鐵鋰還是三元鋰電池發(fā)生起火爆炸都是在材料的熱分解溫度之下發(fā)生的。鎳鈷錳三元材料并不是鋰離子電池發(fā)生安全事故的最短板。電池的安全是個大系統(tǒng)的安全，包括正極材料之外的所有原材料，科學(xué)的電池設(shè)計、可控的低缺陷的高CPK的工藝制程、全流程的品質(zhì)管控、可靠性高的自動化設(shè)備和生產(chǎn)員工的自動化理念。磷酸亞鐵鋰就等于安全是不對的，這種觀念在電池行業(yè)理解的還是比較清楚的，但是這種觀點傳播開了，非鋰電池行業(yè)的就會把它當(dāng)成真理去傳播。
同時，磷酸亞鐵鋰的劣勢也是非常明顯的：
1、雖然磷酸亞鐵鋰的原材料不含有稀有金屬，理論上材料成本很便宜，由于磷酸亞鐵鋰制造工藝的特殊性，二價亞鐵的不穩(wěn)定性，造成磷酸亞鐵鋰材料制程的成本高，產(chǎn)品穩(wěn)定性難控制，現(xiàn)在市場磷酸亞鐵鋰材料的市場價格已經(jīng)超過鎳鈷錳三元材料。
2、價格上的劣勢，動力電池的成本下降，國家和行業(yè)都講了很多年，使用磷酸亞鐵鋰材料意味著在成本上難有質(zhì)的突破。按照提供1千瓦時的能量，三元材料費用是237元，磷酸亞鐵鋰是340元。僅僅正極材料就貴了30%以上（按照現(xiàn)在的三元材料和磷酸亞鐵鋰的市場價格）。
3、磷酸亞鐵鋰的低能量密度和低溫性能，這些特性也是材料本身無法克服的致命缺陷，需要對材料進行改性，這也不是國內(nèi)所有生產(chǎn)磷酸亞鐵鋰的公司都具備的技術(shù)能力，這些特性限制了電動汽車的續(xù)航里程和低成本走進尋常百姓家的初衷。
