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技术干货丨18650/21700电池性能、成本大比拼

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技术干货丨18650/21700电池性能、成本大比拼

发布日期:2021-01-11 作者: 点击:

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    自从1994年松下集团首次推出18650型号锂电池以来,该型号锂电池已经取得了巨大的成功,特斯拉早期推出的ModelS、X和3系电动汽车采用的就是由日本松下公司提供的18650锂电池,近些年为了更好地提升电池包的功率密度,减少电池包内锂电池的数量,松下集团又推出了存储量更大的21700型号锂电池,并应用在最新的Model3车型上。

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    近期,德国ZentrumfürSonnenenergie-undWasserstoff-ForschungBaden-Württemberg研究所的JasonB.Quinn(第一作者,通讯作者)和KarstenRichter(通讯作者)详细比照了18650锂电池和21700锂电池在动能、存储量、功率密度、内电阻和热特点、成本费用上的差别(参加比照的电池信息以下表图示)。

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    下面的图为锂电池功率密度与阴极的涂覆壁厚中间的影响,从图上咱们可以注意到锂电池的功率密度与阴极的涂覆壁厚中间存在显著的线性相关,阴极的涂覆量越高则锂电池的功率密度越高。另外咱们还注意到在一致的阴极壁厚下,几类不一样构造的锂电池功率密度是非常相似的,锂电池的构造针对功率密度的干扰非常小。

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    下面的图为18650、20700和21700   3种锂电池的内电阻与锂电池动能中间的影响,从图上咱们可以注意到锂电池的内电阻显著分为了两大阵营,18650锂电池派系,20700和21700派系,18650锂电池的内电阻要显著大于21700和20700锂电池。在一致类型的锂电池中,锂电池的内电阻伴随着锂电池动能的提升而逐渐提升,这关键由于更强的动能代表着更厚的电级,进而造成電子和离子的外扩散难易度提升,另外伴随着电级壁厚的提升,锂电池内可以卷进的电级长短也会减少,造成电级总面积的减低,这都是会显著的提升锂电池的内电阻。

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    下面的图为软包电池、18650、20700和21700锂电池的内电阻与电级总面积中间的影响,从图上可以见到几类锂电池的内电阻与电级总面积中间的影响曲线图全是一致的,也就是电级总面积越大锂电池的内电阻越小,因而21700电池内阻较低关键由于其电级总面积非常大。

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    下面的图为功率型和动能型的18650、21700锂电池的高倍率性能指标曲线图,功率型和动能型21700锂电池的金属电极壁厚各自为65um和91um,功率型和动能型的18650锂电池金属电极壁厚各自为34um和101um。从下面的图可以见到见到动能型锂电池的金属电极壁厚偏厚,因而在大高倍率下性能指标大幅度衰降。而金属电极壁厚较薄的功率型锂电池在很大的高倍率下性能指标体现则好些的多,充放电动能衰降并不大,只是是锂电池的电极化出現了一定的成的提高。

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    下面的图为功率型和动能型的18650、21700锂电池在不同充放电高倍率下的容积,从图中可以见到动能型的锂电池见到充放电流程中损失在电极化、欧姆阻抗上的动能比较多,因而锂电池的溫度上升都要显著超过功率型的锂电池。21700锂电池见到锂电芯体型较为大,锂电池比,散热处理总面积较小,因而容积较为大,18650锂电池见到锂电池还要体型较为小,比,散热处理总面积很大,因而在充放电的流程中容积要显著少于21700锂电池。

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    下面的图为不同类型的锂电池在不同充放电高倍率下的最大容积,从图中可以见到随着锂电池尺寸的增大(18650到21700)和锂电池动能的提高,不同高倍率下的最大容积曲线图的斜率也出現了显著的提高,表明大尺寸和高容量的锂电池在充放电流程中的产热也更大。

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接下来就是两种锂电池的成本对比了,大家最先从单个锂电池层次看来一下锂电池的成本费用:


1)两种锂电池的金属电极生产都是相同的,因而在金属电极生产、锂电芯卷绕这一部分都是相同;

2)锂电池壳体,见到21700锂电池的直径更大,可以容纳更多的锂电芯,因而每Wh所需要的外壳,21700锂电池要比18650锂电池少33%,因而21700锂电池的外壳成本费用低于18650。

3)见到相同的Wh数的锂电池数目减少33%,因而对注液、密封流程的要求也有些减少,成本费用有些减少。

4)相同见到锂电池总体数目的减少,针对化成设施的要求也大大减少,提高了速率,减少了成本费用。


在Pack层面21700一样具备优越性:


1)最先是选用21700锂电池充电电池18650锂电池后,在电池包电池容量一样的状况下,电池包内的单个锂电池总数将要大幅度缩减,减少了电池包构造的复杂性和pack难度系数。

2)比较少的锂电池总数也减少了BMS的监管难度系数。

3)21700锂电池替换18650锂电池后并不会减少锂电池模块内的孔隙度,因而电池包的体型和制冷构造的总数是一样。

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根据比照18650、20700和21700锂电池,咱们看到:


1)每一个21700单个锂电池含有的能量比18650高50%上下,因而在运用中单个锂电池的总数能够大幅度的减少;


2)由于21700锂电池的能量更多,因而制造一样Wh的锂电池须要的零件和设施的总数缩减,有益于减少成本费用;


3)21700锂电池并不会显著的提高锂电池的能量密度,锂离子电池的能量密度主要还是与电极的涂布量有关。

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