圓柱型鋰電池在電動車上的使用與發展趨勢

近日，江蘇天鵬電源有限公司總經理陳璇女士在2016我國新能源汽車動力鋰離子電池產業技術發展高峰論壇暨車企與動力鋰離子電池公司技術交流會(以下簡稱動力鋰離子電池交流會)發表了題為淺析圓柱型鋰電池在電動車上的使用與發展趨勢——從18650到20650/21700的演講。

演講的緊要內容如下：

無論關于小型圓柱電芯用于EV有多少爭議，18650由于高能量密度和高性價比，成為越來越多乘用車和物流車的緊要選擇。18650的優勢是成熟度高、一致性高、能量密度、成本、排布柔性高;缺點是數量多，pack難度高，質量控制點多。而更大的單體電芯可以通過改變內部設計，大幅度提升壽命、倍率等，也讓pack看起來更容易，但也同時會大幅降低能量密度(體積和重量)，降低了組裝時空間利用的靈活性，高能量密度的大尺寸電池，大多自動化程度低，制程等不良帶來的成本很高，一致性差，且一旦失效，后果可怕。

目前，圓柱電芯的優點很大程度上得益于尺寸標準化、產品成熟度與成本競爭力，與標準化一定是強相關;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，是市場自身多種因素的測算平衡和基于18650現有優點的兼顧的選擇!

什么類型的鋰電芯更適合?

單位體積容量與循環壽命、倍率、安全性是強相關因素：容量每提升10%，循環壽命約莫會降低20%;容量每提升10%，充放電倍率降低30-40%;容量每提升10%，溫升約莫會提高20%，且呈幾何級上升;能量密度越高，安全性風險越大。

18650用523+石墨體系，按新國標，1C做到2.4AH已至了設計的極限，更高能量密度的材料(NCA、811等)本身穩定性和制程控制，不是想象的那么容易。所以，暫時還不太好用，但貴很多……

圓柱18650鋰電池發展面對的諸多挑戰

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、硅碳等新材料供應鏈尚不成熟，成本高，供應難以穩定;b.新材料制程對環境要求高，固定資產投資高，能耗巨大;單體電池容量低，pACK成組技術要求和成本偏高;單體電芯最多適應正單、負雙極耳結構，而且對能量密度影響較為顯著;高曲率部分比率較大，循環壽命受到較大影響;高能量密度與高倍率充電同時要求時，設計空間已至極限。

更大直徑圓柱鋰電池將成為必然趨勢：20/21相對18是更好的選擇

同體積下，能量密度優點：適當新增直徑和高度可以獲得更多的有效體積。

帶來的好處：a.適當提高能量密度情況下，可以選擇常規材料，穩定、性價比高;b.可以適當進行多極耳機構設計降低內阻;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，延長電芯循環壽命;e.單體電芯容量增大，降低pack成本。

多極耳結構設計：可以實現低內阻(ACIR或DCIR)。

低曲線率區域比率新增：循環壽命延長。

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

2.當電池在循環過程中如出現惡化時，在曲率最大點開始，而21700由于其所占的比例最小，故對循環性能的影響也是最小。

相同容量的pACK包在相同安全距離設計下，20系列體積能量密度比最優，重量能量密度21最佳。

新標準來襲，天鵬的選擇

新廠投入巨資，投入日韓最先進加工設備，從投料到選擇完全實現自動化，4條200ppM的自動化產線。兼容性產線，日產100萬只20650/21700，2017年四月實現量產供貨，雖然20/21的直徑為使用成熟材料體系延長了周期，依然最為嚴苛的環境控制，以確保我們儲備多年的高容量產品技術，在安全可靠的環境下實現量產，更為供應鏈的成熟化賦予了一按時間。

為甚么20650/21700，而不是20700?

18650到新尺寸的過渡，大部分現有電池組可以在直徑上輕易切換，成本低速度快，而65-70的高度變化，會帶來現有電池組模具棄用的麻煩;利用自身市場優點，20650中大倍率電池的量產已經超過一年半，培育了20650次級品市場并已經初具規模，可以更快實現垂直產業鏈層面的成本優點。給客戶供應更大單體(21700)和更少尺寸變化但同時具備高的空間利用率(20650)兩種選擇。

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