与软包和方形锂电池比较,18650圆柱形锂电池,是商业化最早,出产自动化程度最高,当时本钱最低的一种动力电池。又有Tesla多年夹持,基本保持着与软包和方形电池三分天下的局面。
从特斯拉宣告Model3采用21700以后,圆柱电池宗族也多出了一个明星成员。本文一起来看看圆柱电池相关的几个技能点。下文中不特殊声明的,圆柱电池就特指18650。
圆柱电池结构
关注一下动力电池就会发现,圆柱18560电池,是被研究的最多,技能讨论最充沛的电池品种。单体主要由正极,负极,隔膜,正极负极集电极,安全阀,过流维护设备,绝缘件和壳体共同组成。壳体,前期钢壳较多,当时以铝壳为主。其中安全阀、PTC如下图所示。
单体过流维护设备,每个厂家的规划并不相同,根据对安全性要求的不同,价格要去不同,能够进行定制。一般的安全设备主要有PTC正温度系数电阻和熔断设备两大类。
PTC,当呈现过大电流,电阻发热,温度堆集更促进PTC阻值的上升,当温度超越一个阈值以后,猛然增大,相当于把故障电芯从总体回路中隔离开来,防止进一步热失控的产生。
熔断设备,原理上便是一个熔丝,遇到过大电流,熔丝熔断,回路被断开。
两种维护设备的差异在于前者可恢复,后者的维护是一次性的,一旦故障产生,系统有必要以为替换问题电芯才干正常工作。
圆柱电芯特色
圆柱电芯,尤其18650,因为其自身结构特色,也因为其类型的标准化,圆柱电芯出产的自动化水平,在3种主要电芯方式中为最高。这就使得高度一致性成为可能,成品率相应得到提高。有数据显现,三星、松劣等国外主要厂家良品率能够达到98%,而我国厂商也能够超越90%。
长处
1)如前面所述,单体一致性较好;
2)单体自身力学性能好,与方形和软包电池比较,封闭的圆柱体,近似尺度下,能够获得最高的弯曲强度;
3)技能老练,本钱低,但一起,本钱优化的空间也现已消耗的差不多;
4)单体能量小,产生事故时,方式易于操控,但这一点也正在成为它被替代的理由(那句流行的话怎样讲,成就你的也将毁灭你,杀不死你的也必将使你强壮,物同此理啊)
缺陷,1)在电动轿车这个语境中,电池系统的圆柱单体数量都很大,这就使得电池系统复杂度大增,无论机构还是办理系统,相对于其他两类电池,系统等级的本钱圆柱电池偏高;
2)在温度环境不均匀条件下,大量电芯特性异化的概率上升,当然,特斯拉之所以在规划之初挑选18650,相信仅仅个无法之选,因为10年前,能够大批量出产的合格动力电池,只有圆柱电池。而电池的安全和热办理需求,反而是它强壮电控系统的研制动力。
3)能量密度的上升空间现已很小,2016年的新闻,超威把单体容量做到4050mAh,电芯比能量306Wh/kg,尔后没有看到更高的记录。在既定空间内,只有死磕资料,公认是一条难走的路。
?Tesila的Model3电池系统带火了21700
特斯拉Model3全面启用21700三元锂电池,开启了一个圆柱电池提高容量的新阶段。特斯拉Model3的21700型电池系统,能量密度在300Wh/kg左右,比原来ModelS使用的dota2雷电竞 能量密度提高20%以上,单体容量提高35%,系统本钱下降9%左右。
21700相关厂家和车型
现在国际上能够批量出产21700电池的企业屈指可数,除了松下和特斯拉联合研制的21700电池量产外,先前三星SDI也曾展示相关21700产品,据了解该产品还没有进行批量出产。
国内21700厂家,新闻资料显现着手21700的厂家有比克,力神,亿纬锂能,天鹏电源,远东福斯特,猛狮新能等。
跟着南京金龙和北汽的两款产品公示,8月16日,国家工信部发布《路途机动车辆出产企业及产品公告》(第299批)的车辆新产品公示。其中,由南京金龙客车制作有限公司和北汽(常州)轿车有限公司出产的两款纯电动厢式运输车(类型为NJL5040XXYBEV25和BJ5040XXYCJ06EV),率先搭载了21700三元锂离子电池。
从18650到21700,怎样看待升容这件事?
自从网上看到这幅图,就总想找机会把它放到文章里,原因无他,图中关于提高比能量的总结能够说很全面了。沿着图中的思路,假如从化学方法提高电芯比能量,18650前途并不光明。
18650锂离子电池开展面对的应战,面对当时人们不断提高比能量的现状,假如维持外形尺度不变,又要提高能量密度,18650面对诸多应战:
1)新资料如NCA、硅碳等新资料供应链尚不老练,本钱高,供应难以稳定,比如更高能量密度的资料811,自身稳定性和制程操控间隔量产有段差距,成果便是短期内811的18650贵许多,性能却差不少;
2)新资料制程对环境要求高,固定资产出资高,能耗巨大;
3)单体电池容量低,PACK成组技能要求和本钱偏高;
4)单体电芯最多习惯正单、负双极耳结构,而且对能量密度影响较为显着;
5)高能量密度与高倍率充电一起要求时,规划空间很小,18650用523+石墨系统,按新国标,1C做到2.4AH已到了规划的极限。
更大直径圆柱锂离子电池将成为必然趋势,有数据如下图所示,更大尺度电芯与18650在极耳规划和卷绕曲率两个视点进行比照,大尺度电芯显现出显着优势。
总结下来,尺度从18650提高到21700,获得优点如下:
1)恰当提高能量密度情况下,能够挑选惯例资料,性能稳定、性价比高;
2)能够恰当进行多极耳机构规划,下降内阻;
3)同样能量密度下,能够挑选快充特性石墨,改善快充性能;
4)恰当增加直径和高度能够获得更多的有用体积。
5)单体电芯容量增大,辅助构件比例下降,下降Pack本钱。
而工信部新公布的国家标准《GB/T34013-2017电动轿车用动力蓄电池产品标准尺度》之中,把原来征求意见稿中只有18650和32650修正成了包括21700在内的4个标准,也算作21700的一个重大利好了。
提高容量的路径与小单体等价于安全性高的前期观点有抵触。
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能量密度:125-160Wh/kg
充放电能力:5-10C(20-80%DOD)
温度范围:-40℃—65℃
自耗电:≤3%/月
过充电、过放电、针刺、 挤压、短路、
撞击、高温、枪击时电池不燃烧、爆炸。
动力电池循环寿命不低于2000次,
80%容量保持率;
电池管理系统可靠、稳定、适应性 强,
符合国军标要求。