淺析：圓柱型鋰離子電池在電動(dòng)汽車(chē)上的應(yīng)用與發(fā)展趨勢(shì)

　　近日，江蘇天鵬電源有限公司總經(jīng)理陳璇女士在“2016中國(guó)新能源汽車(chē)動(dòng)力電池產(chǎn)業(yè)技術(shù)發(fā)展高峰論壇暨車(chē)企與動(dòng)力電池企業(yè)技術(shù)交流會(huì)”(以下簡(jiǎn)稱(chēng)“動(dòng)力電池交流會(huì)”)發(fā)表了題為“淺析圓柱型鋰離子電池在電動(dòng)汽車(chē)上的應(yīng)用與發(fā)展趨勢(shì)——從18650到20650/21700”的演講。

　　演講的主要內(nèi)容如下：

　　無(wú)論對(duì)于小型圓柱電芯用于EV有多少爭(zhēng)議，18650由于高能量密度和高性?xún)r(jià)比，成為越來(lái)越多乘用車(chē)和物流車(chē)的重要選擇。18650的優(yōu)點(diǎn)是成熟度高、一致性高、能量密度、成本、排布柔性高 ;缺點(diǎn)是數(shù)量多，pack難度高，質(zhì)量控制點(diǎn)多。而更大的單體電芯可以通過(guò)改變內(nèi)部設(shè)計(jì)，大幅度 提升壽命、倍率等，也讓Pack看起來(lái)更容易，但也同時(shí)會(huì)大幅降低能量密度(體積和重量)，降低了組裝時(shí)空間利用的靈活性，高能量密度的大尺寸電池，大多自動(dòng)化程度低，制程等不良帶來(lái)的成本很高，一致性差，且一旦失效，后果可怕。

　　目前，圓柱電芯的優(yōu)勢(shì)很大程度上得益于尺寸標(biāo)準(zhǔn)化、產(chǎn)品成熟度與成本競(jìng)爭(zhēng)力，與標(biāo)準(zhǔn)化一定是強(qiáng)相關(guān);更大的圓柱26/32等一直未能成為主流;呼之欲出的新尺寸20 / 21，是市場(chǎng)自身多種因素的測(cè)算平衡和基于18650現(xiàn)有優(yōu)勢(shì)的兼顧的選擇!

　　什么類(lèi)型的鋰電芯更適合?

　　單位體積容量與循環(huán)壽命、倍率、安全性是強(qiáng)相關(guān)因素： 容量每提升10%， 循環(huán)壽命大約會(huì)降低20%;容量每提升10%，充放電倍率降低30-40%;容量每提升10%，溫升大約會(huì)提高20%，且呈幾何級(jí)上升 ;能量密度越高， 安全性風(fēng)險(xiǎn)越大 。

　　18650用523+石墨體系，按新國(guó)標(biāo)，1C做到2.4AH已到了設(shè)計(jì)的極限，更高能量密度的材料(NCA、811等)本身穩(wěn)定性和制程控制，不是想象的那么容易 。所以，暫時(shí)還不太好用，但貴很多……

　　圓柱18650鋰離子電池發(fā)展面臨的諸多挑戰(zhàn)

　　電池能量密度要求不斷提高，提高了材料成本：a. 新材料如NCA、硅碳等新材料供應(yīng)鏈尚不成熟，成本高，供應(yīng)難以穩(wěn)定; b. 新材料制程對(duì)環(huán)境要求高，固定資產(chǎn)投資高，能耗巨大;單體電池容量低，PACK成組技術(shù)要求和成本偏高; 單體電芯最多適應(yīng)正單、負(fù)雙極耳結(jié)構(gòu)，而且對(duì)能量密度影響較為顯著; 高曲率部分比率較大，循環(huán)壽命受到較大影響; 高能量密度與高倍率充電同時(shí)要求時(shí)，設(shè)計(jì)空間已到極限。

　　更大直徑圓柱鋰離子電池將成為必然趨勢(shì) ：20/21相對(duì)18是更好的選擇

　　同體積下，能量密度優(yōu)勢(shì) ：適當(dāng)增加直徑和高度可以獲得更多的有效體積。

　　帶來(lái)的好處： a.適當(dāng)提高能量密度情況下，可以選擇常規(guī)材料，穩(wěn)定、性?xún)r(jià)比高; b.可以適當(dāng)進(jìn)行多極耳機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)降低內(nèi)阻; c.同樣能量密度下，可以選擇快充特性石墨，改善快充性能; d.高曲率部分比率降低，延長(zhǎng)電芯循環(huán)壽命; e.單體電芯容量增大，降低Pack成本。

　　多極耳結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)：可以實(shí)現(xiàn)低內(nèi)阻(ACIR或DCIR)。

　　低曲線(xiàn)率區(qū)域比率增加：循環(huán)壽命延長(zhǎng) 。

　　1.從上圖可以得到，21700在不同的型號(hào)中高曲率點(diǎn)所占的比例是最小的，20650適中，而18650最高。

　　2.當(dāng)電池在循環(huán)過(guò)程中如出現(xiàn)惡化時(shí)，在曲率最大點(diǎn)開(kāi)始，而21700由于其所占的比例最小，故對(duì)循環(huán)性能的影響也是最小。

　　相同容量的PACK包在相同安全距離設(shè)計(jì)下，20系列體積能量密度比最優(yōu)， 重量能量密度21最佳。

　　新標(biāo)準(zhǔn)來(lái)襲，天鵬的選擇

　　新廠(chǎng)投入巨資，投入日韓最先進(jìn)生產(chǎn)設(shè)備，從投料到挑選完全實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化，4條200PPM的自動(dòng)化產(chǎn)線(xiàn)。 兼容性產(chǎn)線(xiàn)，日產(chǎn)100萬(wàn)只20650/21700，2017年4月實(shí)現(xiàn)量產(chǎn)供貨，雖然20/21的直徑為使用成熟材料體系延長(zhǎng)了周期，仍然最為嚴(yán)苛的環(huán)境控制，以確保我們儲(chǔ)備多年的高容量產(chǎn)品技術(shù)，在安全可靠的環(huán)境下實(shí)現(xiàn)量產(chǎn)，更為供應(yīng)鏈的成熟化賦予了一定時(shí)間。

　　為什么20650/21700，而不是20700?

　　18650到新尺寸的過(guò)渡，大部分現(xiàn)有電池包可以在直徑上輕易切換，成本低速度快，而65-70的高度變化，會(huì)帶來(lái)現(xiàn)有電池包模具棄用的麻煩; 利用自身市場(chǎng)優(yōu)勢(shì)，20650中大倍率電池的量產(chǎn)已經(jīng)超過(guò)一年半，培育了20650次級(jí)品市場(chǎng)并已經(jīng)初具規(guī)模，可以更快實(shí)現(xiàn)垂直產(chǎn)業(yè)鏈層面的成本優(yōu)勢(shì)。 給客戶(hù)提供更大單體(21700)和更少尺寸變化但同時(shí)具備高的空間利用率(20650)兩種選擇。