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浅析:圆柱型锂离子电池在电动汽车上的应用与发展趋势

放大字体  缩小字体 发布日期:2016-10-20  作者:鑫椤资讯
摘要:       近日,江苏天鹏电源有限公司总经理陈璇女士在某会议上发表了题为“浅析圆柱型锂离子电池在电动汽车上的应用与发展趋势——从18650到20650/21700”的演讲。  ...
       近日,江苏天鹏电源有限公司总经理陈璇女士在某会议上发表了题为“浅析圆柱型锂离子电池在电动汽车上的应用与发展趋势——从18650到20650/21700”的演讲。
 
       主要内容如下:
 
       无论对于小型圆柱电芯用于EV有多少争议,18650由于高能量密度和高性价比,成为越来越多乘用车和物流车的重要选择。18650的优点是成熟度高、一致性高、能量密度、成本、排布柔性高 ;缺点是数量多,pack难度高,质量控制点多。而更大的单体电芯可以通过改变内部设计,大幅度 提升寿命、倍率等,也让Pack看起来更容易,但也同时会大幅降低能量密度(体积和重量),降低了组装时空间利用的灵活性,高能量密度的大尺寸电池,大多自动化程度低,制程等不良带来的成本很高,一致性差,且一旦失效,后果可怕。
 
  目前,圆柱电芯的优势很大程度上得益于尺寸标准化、产品成熟度与成本竞争力,与标准化一定是强相关;更大的圆柱26/32等一直未能成为主流;呼之欲出的新尺寸20 / 21,是市场自身多种因素的测算平衡和基于18650现有优势的兼顾的选择!
 
  什么类型的锂电芯更适合?
 
  单位体积容量与循环寿命、倍率、安全性是强相关因素: 容量每提升10%, 循环寿命大约会降低20%;容量每提升10%,充放电倍率降低30-40%;容量每提升10%,温升大约会提高20%,且呈几何级上升 ;能量密度越高, 安全性风险越大 。
 
  18650用523+石墨体系,按新国标,1C做到2.4AH已到了设计的极限,更高能量密度的材料(NCA、811等)本身稳定性和制程控制,不是想象的那么容易 。所以,暂时还不太好用,但贵很多……
 
  圆柱18650锂离子电池发展面临的诸多挑战
 
  电池能量密度要求不断提高,提高了材料成本:a. 新材料如NCA、硅碳等新材料供应链尚不成熟,成本高,供应难以稳定; b. 新材料制程对环境要求高,固定资产投资高,能耗巨大;单体电池容量低,PACK成组技术要求和成本偏高; 单体电芯最多适应正单、负双极耳结构,而且对能量密度影响较为显着; 高曲率部分比率较大,循环寿命受到较大影响; 高能量密度与高倍率充电同时要求时,设计空间已到极限。
 
  更大直径圆柱锂离子电池将成为必然趋势 :20/21相对18是更好的选择
 
  同体积下,能量密度优势 :适当增加直径和高度可以获得更多的有效体积。
 
  带来的好处: a.适当提高能量密度情况下,可以选择常规材料,稳定、性价比高; b.可以适当进行多极耳机构设计降低内阻; c.同样能量密度下,可以选择快充特性石墨,改善快充性能; d.高曲率部分比率降低,延长电芯循环寿命; e.单体电芯容量增大,降低Pack成本。

 
  1.从上图可以得到,21700在不同的型号中高曲率点所占的比例是最小的,20650适中,而18650最高。
 
  2.当电池在循环过程中如出现恶化时,在曲率最大点开始,而21700由于其所占的比例最小,故对循环性能的影响也是最小。
 
  相同容量的PACK包在相同安全距离设计下,20系列体积能量密度比最优, 重量能量密度21最佳。
 
  新标准来袭,天鹏的选择
 
  新厂投入巨资,投入日韩最先进生产设备,从投料到挑选完全实现自动化,4条200PPM的自动化产线。 兼容性产线,日产100万只20650/21700,2017年4月实现量产供货,虽然20/21的直径为使用成熟材料体系延长了周期,仍然最为严苛的环境控制,以确保我们储备多年的高容量产品技术,在安全可靠的环境下实现量产,更为供应链的成熟化赋予了一定时间。
 
  为什么20650/21700,而不是20700?
 
  18650到新尺寸的过渡,大部分现有电池包可以在直径上轻易切换,成本低速度快,而65-70的高度变化,会带来现有电池包模具弃用的麻烦; 利用自身市场优势,20650中大倍率电池的量产已经超过一年半,培育了20650次级品市场并已经初具规模,可以更快实现垂直产业链层面的成本优势。 给客户提供更大单体(21700)和更少尺寸变化但同时具备高的空间利用率(20650)两种选择。
 
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