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技术干货丨18650 / 21700 圆柱、方形和软包锂电池结构优缺点分析

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技术干货丨18650 / 21700 圆柱、方形和软包锂电池结构优缺点分析

发布日期:2021-01-12 作者: 点击:

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  现阶段,主要的锂电池封装类型主要是有3种,即圆柱型、方型和软包,各种的封装形式架构代表着不同的特征,他们都各有其优点和缺点。

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01

圆型锂电池解析


    圆型锂离子电池是指圆柱型的锂离子电池,较早的圆柱型锂离子电池是由日本SONY公司于1992年创造的18650锂电池,因18650圆柱型锂离子电池的历史很悠久,以至于整个市场的拥有率高,圆柱型锂离子电池采用成熟完善的卷绕加工制作工艺 ,自动化程度高,产品传品质稳定,总成本相较低。


    圆柱型锂离子电池有诸多款式,比如常见的有17490、14650、18650、26650、21700等。圆柱型锂离子电池在日本、韩国的锂离子电池企业中较为主要是,中国我们国家也有相当规模的企业的生产圆柱型锂离子电池。

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    随着我们国家电动汽车整个市场的高速的发展,整车企业对动力电池在能量密度、制造成本、产品附加属、性循环寿命等方面都提出了更高的要求。在原材料领域尚未获得巨大突破的前提下,适当增大圆柱電池的体积以获得更多的电池容量便成为一种可探索的方向。


    现阶段,特斯拉已经启动了21700電池的规模化的生产,并计划主要用于特斯拉汽车Model3上,只要在特斯拉其他车型上测试通过,将全部的替换掉之前选择的18650電池,特斯拉的做法或将在世界范围内引领一股“21700风潮”。


02

方型锂离子电池解析


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    方型锂离子电池通常是指铝壳或钢壳方形电池,方形电池的拥有率在我们国家很高,我们国家动力电池厂商多采用電池能量密度较高的铝壳方形电池为主,因为方形电池的架构较为简单,不像圆柱電池采用强度较高的不锈钢作为壳体及具有防爆安全阀的等附件,以至于整体附件重量要轻,相较能量密度较高。方型電池有采用叠片和卷绕两种各种的加工制作工艺 。


    但会因为方型锂离子电池可以根据产品的尺寸进行定制化的生产,以至于整个市场上有成千上万种款式,而正因为款式太多,加工制作工艺 极难统一。方形电池在普通的电子电器上选择没有问题,但相对 想要多只串、并联的工业设备产品,最好选择标准化的生产的圆柱型锂离子电池,这样生产工艺有保证,以后也更容易找到可替换電池。


03

软包锂电池研究分析


    软包锂电池选用的关键的用料—正极材料、负极材料及隔膜—与传统意义的钢壳、铝壳锂电池之间的差别很小,较大 的不同点源于软包装用料(铝塑复合膜),这也是软包锂电池中最关键的、技术含量较高的用料。软包装用料通常分为3层,即外阻层(通常为尼龙BOPA或PET构成的表层防护层)、阻透层(中间层铝箔)和里层(多功能高阻隔层)。

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软包电池的包装原料和构造使其有着一连串优点:


净重相应轻,软包电池净重较相同容量的钢壳锂电池轻40%,较铝壳锂电池轻20%;内电阻小,软包电池的内电阻较锂电池小,能够 很大程度的减少电池的自耗电量;


安全系数比较好,软包电池结构类型选用铝塑膜包裝,产生安全隐患时,软包电池通常会涨气开裂,而并不像钢壳或铝壳电芯那样引发爆炸;


设计比较灵活,外形可变任意形状,能够更薄,可根据客户的需求定制,开发新的电芯型号。


循环使用性能好,软包电池的循环系统使用寿命更长,100次循环衰减比铝壳少4%~7%;


存在的不足为一致性不佳,成本费用较高,非常容易产生漏液。成本高可通过规模化生产解决,漏液则能够 通过提升铝塑膜质量来解决。


04

圆形方形电池技术特性对比分析


1.倍率特性层面:圆柱型锂电池焊接多极耳的技术受限,因此倍率特性稍弱于方型多极耳方案


2.电池样式层面:方型锂电池能够 随意尺寸,因此是圆柱体电池无法比的。


3.产品品质层面:圆柱体锂电池技术非常成熟,极片公有二次分割瑕疵概率低,且卷绕技术较叠片技术成熟度及自动化技术水平都要高叠片技术现阶段仍在选用半手工制作方式,因此对于电池的质量具有不好影响。


4.放电平台层面:选用相同的正极材料、负极材料、电解液因此理论上放电平台是一致的,但是方型电池内阻稍占优势,因此放电平台稍微高一点。


5.结构特点层面:方形电池边角处化学活力能较弱,长时间使用电池性能降低比较显著。


6.PACK成组层面:圆形电池相对具有更容易操作特性,因此PACK方案简易,散热效果非常的好,方形电池PACK时要处理好散热的难题。


7.极耳焊接层面:圆柱体锂电池极耳较方型锂电池更易焊接,方形电池易产生虚焊影响电池质量。


    总之,无论圆柱体、方型还是软包电池,现阶段之所以都能快速发展,是因为它们在各自擅长的应用领域,都得到了很好的应用。国内动力电池厂家都在预言方型会成为动力电池的主流,但是以Tesla为代表的圆柱体动力电池应用厂家,在技术上不断创新,整车电池能量密度不断提升,电池性能表达更卓越。

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