18650是指電池的外形規(guī)格，是SONY公司當年為了節(jié)省成本而定下的一種標準電池型號，其中18表示直徑為18mm、65表示長度為65mm，0表示為圓柱形。

 

18650電池原指鎳氫電池和鋰離子電池，由于鎳氫電池現(xiàn)在用得較少，所以現(xiàn)在多指鋰離子電池。18650鋰離子電池單節(jié)標稱電壓一般為 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。

 

1、關(guān)于一致性

 

18650電池是最成熟、最穩(wěn)定的鋰離子電池，廣泛應用在電子產(chǎn)品中。多年來，日本廠商在18650電池的生產(chǎn)工藝上積累了大量的經(jīng)驗，使得產(chǎn)出的18650電池的一致性、安全性都達到了非常高的水準。

 

相比之下，層疊式鋰離子電池遠遠沒有成熟。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，電池的一致性達不到18650電池的水準。如果電池的一致性達不到要求，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（20Ah~60Ah），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。微信公眾號：深圳LED商會

 

對比另一款比較成功的純電動汽車，日產(chǎn)的LEAF，它采用的是層疊式鋰離子電池。這是因為日產(chǎn)與NEC合作多年，電池技術(shù)方面的積累很深厚，在品質(zhì)控制方面有相當?shù)墓αΑEAF的電池來自AESC--日產(chǎn)與NEC的合資公司。

 

 

2、關(guān)于散熱能力

 

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)（其實就是不管理），由空氣的自然對流將熱量帶走。LEAF從單體，到四節(jié)單體電池兩并兩串組成的電池模塊，再到由48個電池模塊串聯(lián)組成的電池組上沒有任何風扇、冷卻液管道等熱管理系統(tǒng)。

 

 

反過來看特斯拉，18650電池的個頭比較小，在正常充放電時單體電池內(nèi)部的溫差也不會太大。但是，6000多個單體電池的溫差也應當保持在不超過5℃的范圍內(nèi)，這是一件非常困難的事情。但特斯拉做到了，怎么做到的？特斯拉的電池管理系統(tǒng)（BMS）相比其他電動汽車有哪些優(yōu)勢？

 

 

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，特斯拉的熱管理系統(tǒng)的復雜度是大大增加了。也就是說，如果僅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。

 

 

3、關(guān)于能量密度

 

談到能量密度，我們需要先區(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33Ah鋰離子電池的能量密度是157Wh/kg、GM Volt所用的層疊式電池的能量密度約為150Wh/kg，而Roadster所用的18650電池的能量密度約為211Wh/kg。

 

但是，18650電池的管理系統(tǒng)更加復雜，由此額外增加的重量會使得電池組的能量密度遠低于單體的能量密度。Roadster的電池組重量是450kg，能量密度是118Wh/kg，而LEAF電池組的重量是225kg，能量密度是107Wh/kg。在電池組方面，兩者的能量密度不相上下。

 

 

4、21700電池隨之誕生

 

目前應用比較廣泛的18650電池已有多年的發(fā)展歷史，相對其他類型電池技術(shù)雖然較成熟，但依然面臨著產(chǎn)熱高、成組復雜、無法實現(xiàn)快充等問題。在這樣的背景下，21700圓柱三元電池應運而生。2017年1月，特斯拉與松下聯(lián)合研發(fā)的新型21700電池開始量產(chǎn)，并強調(diào)這是目前可量產(chǎn)電池中能量密度最高且成本最低的電池。微信公眾號：深圳LED商會

 

 

電池21700是圓柱型電池的型號，21指圓柱電池的外徑為21mm；70指圓柱電池的長度為70mm。21700是為了適應電動汽車對更長續(xù)行里程的要求，為提高車輛電池空間有效利用率，而開發(fā)出的新型號。同種材料，21700相比常見的18650圓柱鋰電池，容量可以高35％以上。

 

21700四大優(yōu)勢：

 

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型號切換至21700型號后，電池單體電池容量可以達到3～4.8Ah，大幅提升35％。

 

2、電池系統(tǒng)能量密度提升約20％。特斯拉發(fā)布的數(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)的成本預計下降9％左右。從特斯拉發(fā)布的電池價格信息分析，21700電池的動力鋰電池系統(tǒng)售價為170美元/Wh，而18650電池系統(tǒng)的售價為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)的重量預計下降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)定性，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，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。

 

動力電池追求高比能已成不可逆的趨勢，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)線從國外進口，但組裝上都是自己進行，因此可以投入較少的成本，實現(xiàn)18650向21700的轉(zhuǎn)化。

 

 

5、電動車電池的能量密度的重要性

 

這似乎就像在討論心臟的跳動對于人體有多重要一樣，一輛純電動車，或者說的更標準一點，一輛電池動力車的性能、續(xù)航里程、可靠性都取決于其電池包內(nèi)的電池數(shù)量以及單節(jié)電池內(nèi)的能量密度。這個比較容易理解：總電量=電池數(shù)量×單節(jié)電池能量密度。

 

而現(xiàn)代汽車的結(jié)構(gòu)設計其實已經(jīng)很死板了，留給電池組的空間并不充裕，大部分車型都集中在坐艙地板下方，當然這也是出于安全和空間等方面的考慮。

 

所以說，電池數(shù)量已經(jīng)被限制在某一個區(qū)間內(nèi)，無法大幅提升。想要增強電池組的性能，唯有在能量密度上做文章。

 

 

6、關(guān)于安全性

 

由于層疊式鋰離子電池一般采用鋁塑膜封裝，而鋁塑膜的厚度薄、機械強度差，在汽車發(fā)生碰撞等極端情況下，鋁塑膜很容易發(fā)生破損導致安全事故產(chǎn)生。這也是為什么日產(chǎn)要在4個單體組成的電池模塊外面再加一個鋁殼的原因。

 

18650電池一般是鋼殼，安全性更好，而且前文也提到隨著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。特斯拉在應對18650電池可能出現(xiàn)的安全事故上，也傾注了很多心血。如果一個單體電池出現(xiàn)溫度過高等異常情況，根據(jù)異常情況的惡劣程度，這枚電池所在的模組會斷開電路以防止事故的蔓延。由于單體容量小，只要不發(fā)生蔓延，事故的嚴重程度將是較低的。

 

 

7、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，又因為體積小、重量輕、使用方便而深受消費者的青睞。隨著人們對18650電池技術(shù)研究的不斷加深，電池的一致性、穩(wěn)定性都達到了非常高的標準。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，至今仍然在其應用領域占據(jù)領先位置。

 

而特斯拉采用18650電池，可以利用日本松下等廠商之前的生產(chǎn)線進行生產(chǎn)。在消費類電子產(chǎn)品所用18650電池競爭日趨激烈的情況下，松下等廠商與特斯拉合作升級產(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，當生產(chǎn)產(chǎn)品的規(guī)模達到一個量級后，成本將大大降低。一輛新能源汽車需要成千上萬節(jié)18650電池，因此單體的采購成本可控。