簡(jiǎn)述18650與21700電池性能優(yōu)點(diǎn)
來源：寶鄂實(shí)業(yè)
2019-04-22 10:50
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說起18650電池,就不得不提起特斯拉,特斯拉在進(jìn)行電動(dòng)汽車電池開發(fā)時(shí),測(cè)試了很多種類的電池,但最后把目標(biāo)鎖定在18650電池,將18650電芯作為新能源電動(dòng)汽車電池的技術(shù)路線?？梢哉f,特斯拉之所以能夠擁有不遜于傳統(tǒng)燃油車的性能表現(xiàn),除了電動(dòng)機(jī)技術(shù)之外,還要得益于特斯拉先進(jìn)的電池技術(shù)。那么特斯拉為何選定18650電池作為其動(dòng)力之源呢?
優(yōu)點(diǎn)
工藝成熟 一致性高
在進(jìn)入新能源汽車領(lǐng)域前,18650電池便已廣泛應(yīng)用在電子產(chǎn)品中,是最早、最成熟、最穩(wěn)定的鋰離子電池,經(jīng)過多年的經(jīng)驗(yàn)累積,日本廠商將18650電池在消費(fèi)類產(chǎn)品所積累的先進(jìn)技術(shù)極好地應(yīng)用于車載電池領(lǐng)域。松下是全球電池技術(shù)和規(guī)模最大的企業(yè)之一,相較于其他廠商,產(chǎn)品缺陷最少,規(guī)模較大,也便于從中挑選出一致性好的電池。
相比之下,其他電池例如層疊式鋰離子電池遠(yuǎn)不夠成熟,許多產(chǎn)品連尺寸、大小等都不能統(tǒng)一,電池廠商所具備的生產(chǎn)工藝也不能滿足條件?？偟膩碚f,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(gè)電池的性能更好地發(fā)揮,而18650電芯可以很好地解決這一問題。
安全性能高
18650鋰電池安全性能高,不爆炸,不燃燒;無毒,無污染,經(jīng)過RoHS商標(biāo)認(rèn)證;且耐高溫性能好,65度條件下放電效率達(dá)100%。
能量密度高
18650鋰電池的容量一般為1200mah~3600mah之間,而一般電池容量只有800mah左右,如果組合起來成18650鋰電池組,那18650鋰電池組可以突破5000mah。它的容量是同重量的鎳氫電池的1.5到2倍,而且具有很低的自放電率。18650電芯的能量密度目前能夠達(dá)到250Wh/kg的水平,滿足特斯拉高續(xù)航里程的要求。
成本低 性價(jià)比高
18650鋰電池的使用壽命很長(zhǎng),正常使用時(shí)循環(huán)壽命可達(dá)500次以上,是普通電池的兩倍以上。18650產(chǎn)品的技術(shù)成熟程度高,結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、制造技術(shù)還有制造設(shè)備,以及衍生的18650模組的技術(shù)都很成熟,這些都使得它的運(yùn)行成本和維護(hù)成本降低。
目前應(yīng)用比較廣泛的18650電池已有多年的發(fā)展歷史,相對(duì)其他類型電池技術(shù)雖然較成熟,但依然面臨著產(chǎn)熱高、成組復(fù)雜、無法實(shí)現(xiàn)快充等問題。在這樣的背景下,21700圓柱三元電池應(yīng)運(yùn)而生。
21700電池:
電池21700是圓柱型電池的型號(hào),具體指:21——指圓柱電池的外徑為21mm;700——指圓柱電池的高度為70.0mm。
新型21700具有四大顯著的優(yōu)勢(shì):
(1)電池單體容量提升35%。以特斯拉生產(chǎn)的21700電池為例,從18650型號(hào)切換至21700型號(hào)后,電池單體電池容量可以達(dá)到3～4.8Ah,大幅提升35%。
(2)電池系統(tǒng)能量密度提升約20%。特斯拉披露的數(shù)據(jù)來看,早期使用的18650電池系統(tǒng)能量密度約250Wh/kg,后來其生產(chǎn)的21700電池系統(tǒng)能量密度在300Wh/kg左右,21700電池的體積能量密度比原有的18650高出近20%。
(3)系統(tǒng)的成本預(yù)計(jì)下降9%左右。從特斯拉披露的電池價(jià)格信息分析,21700電池的動(dòng)力鋰電池系統(tǒng)售價(jià)為170美元/Wh,而18650電池系統(tǒng)的售價(jià)為185美元/Wh。在Model3上使用21700電池后,僅電池系統(tǒng)成本就可以下降約9%。
(4)系統(tǒng)的重量預(yù)計(jì)下降10%左右。21700整體體積大于18650,隨著單體容量提升后,單體能量密度更高,所以同等能量下所需電池單體的數(shù)量可減少約1/3,在降低系統(tǒng)管理難度的同時(shí)也將減少電池包采用的金屬結(jié)構(gòu)件及電氣配件的數(shù)量,這進(jìn)一步降低了電池的重量。三星SDI改用一套新型21700電池之后,發(fā)現(xiàn)系統(tǒng)相比目前的電池減少10%重量。
保持了18650型電池所具有的高可靠性和穩(wěn)定的性能,21700電池性能在各方面均比18650有較大提升。此外,相較于其他電池型號(hào),21700從電池原材料選用、制作工藝和技術(shù)流程等方面,都和技術(shù)較成熟的18650電池相似。因此18650與21700的產(chǎn)線大部分可以兼容,部分企業(yè)比較穩(wěn)妥的辦法是在生產(chǎn)線上做文章,將生產(chǎn)線向21700和18650兼容上靠攏。
動(dòng)力電池追求高比能已成不可逆的趨勢(shì),眾多電池企業(yè)開始把目光轉(zhuǎn)向布局21700電池。一些企業(yè)的生產(chǎn)線從國(guó)外進(jìn)口,但組裝上都是自己進(jìn)行,因此可以投入較少的成本實(shí)現(xiàn)18650向21700的轉(zhuǎn)化。
目前國(guó)內(nèi)廠商代表有力神電池、比克電池、億緯鋰能、猛獅科技等企業(yè),除此之外,天臣新能源、天鵬電源、創(chuàng)明新能源、智慧能源、智航新能源、橫店?yáng)|磁、海四達(dá)、安徽泰能等電池企業(yè)也紛紛布局21700電池。層疊式電池的厚度薄、表面大，均熱、散熱能力都不錯(cuò)，因此日產(chǎn)的LEAF很大膽地采用了被動(dòng)式熱管理系統(tǒng)(其實(shí)就是不管理！)，由空氣的自然對(duì)流將熱量帶走。
日產(chǎn)LEAF的NEC電池
日產(chǎn)LEAF使用的NEC層疊電池
可以看到，電池組上沒有任何的風(fēng)扇、冷卻液管道等熱管理系統(tǒng)。大概這就是無招勝有招。
反過來看Tesla，18650電池的個(gè)頭比較小，在正常充放電時(shí)單體電池內(nèi)部的溫差也不會(huì)太大。但是，6000多個(gè)單體電池的溫度也應(yīng)當(dāng)保持在不超過5°C的范圍內(nèi)，這是一件非常困難的事情。但是，Tesla做到了。怎么做到的？參看Tesla 的電池管理系統(tǒng) (BMS) 相比其他電動(dòng)汽車有哪些優(yōu)勢(shì)？
特斯拉電池模組中的液冷系統(tǒng)特斯拉電池模組中的液冷系統(tǒng)
如上圖，這些管道是冷卻液的流道，流道均勻分布在電池模組中間，能讓每只電芯能很好地跟水管接觸，這樣每只電芯在冷卻時(shí)帶走的熱量也幾乎一樣，溫差也就可以有效地控制在很小的范圍內(nèi)。
總結(jié)來說，由于采用了小容量的18650電池，Tesla的熱管理系統(tǒng)的復(fù)雜度是大大增加了的。也就是說，如果從散熱能力方面考慮，使用小容量的18650電池不是最優(yōu)選擇。
