淺析：圓柱型鋰離子電池在電動汽車上的應用與發展趨勢

    鋰電世界  近日，江蘇天鵬電源有限公司總經理陳璇女士在某會議上發表了題為“淺析圓柱型鋰離子電池在電動汽車上的應用與發展趨勢——從18650到20650/21700”的演講。

    主要內容如下：

    無論對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重要選擇。18650的優點是成熟度高、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，圓柱電芯的優勢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現有優勢的兼顧的選擇！

    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%，循環壽命大約會降低20%；容量每提升10%，充放電倍率降低30-40%；容量每提升10%，溫升大約會提高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已到了設計的極限，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鋰離子電池發展面臨的諸多挑戰

    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，設計空間已到極限。

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

    同體積下，能量密度優勢：適當增加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。

    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，投入日韓最先進生產設備，從投料到挑選完全實現自動化，4條200PPM的自動化產線。兼容性產線，日產100萬只20650/21700，2017年4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，仍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定時間。

    為什么20650/21700，而不是20700？

    18650到新尺寸的過渡，大部分現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，會帶來現有電池包模具棄用的麻煩；利用自身市場優勢，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勢。給客戶提供更大單體(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。