三元锂电池为什么要分圆柱形和方形?

三元锂电池为什么要分圆柱形和方形?缩略图

大家都知道三元锂电池有三种封装形式:圆柱锂离子电池、方形锂离子电池和软包锂离子电池。圆柱电池和方形电池大都采用钢制外壳或者铝制外壳,软包电池为铝塑膜。今天我们就来聊聊圆柱三元锂电池和方形三元锂电池的区别。

圆柱三元锂电池                        方形三元锂电池
圆柱三元锂电池 方形三元锂电池

1、能量密度比

能量密度比指的是单位重量电池的容量。圆柱形单体按目前国内主流的18650(1.75AH)来算,能量密度比可达215WH/Kg,方形单体按50AH来算能量密度比可达205WH/Kg。系统成组率18650在60%左右,方形在70%左右。(系统成组率可以想象在箱子里面放火腿,方火腿之间的缝隙更小所以系统成组率更高。)

这样算下来18650电池组系统能量密度比约为129WH/Kg,方形电池组系统能量密度比约为143WH/Kg。在未来18650和方形单体能量密度比达到一样的时候,成组率更高的方形锂电池组将有更明显的优势。

2、倍率性

充放电倍率=充放电电流/额定容量,倍率越高的电池所支持的充电速度越快。国内制造主流水平能量型电芯18650在1C左右,方形可达1.5-2C左右(需处理好热管理),距离政策目标的3C都还有一些距离。但是方形制造工艺会越来越完善达到既定目标3C是完全有可能的。

3、循环寿命

1C充1C放的情况下循环2000次,最好的方形电芯的剩余容量仍能达到80%,而最好的18650电芯容量仅剩70%。由此可见,方形电池的循环寿命优于18650电池。

4、一致性

电芯的一致性是电芯企业最为头痛的事,那对我们应用者来说,电芯数量越多,一致性越难控制。假设一枚电芯的次品率是十万分之一,圆形电芯电池组由7000根18650组成,方形电芯电池组由250块电芯组成,一块电池组没有次品视为合格。那么圆形电芯电池组的合格率为0.99999^7000=93.2%,方形电芯电池组的合格率为0.99999^245=99.7%。当然关于电池一致性的理论知识比这复杂得多,在这里湃客只是举个例子说明使用单体容量更大、数量更少的方形电芯电池组更有利于控制一致性。

5、制造成本

制造成本里包含物料成本、设备成本、人工水电场地成本和隐形辅料成本。现在主流企业18650的综合成本可控制在0.5元/WH左右,方形的综合成本大约0.8元/WH。

新能源汽车产业崛起之前,18650电芯就已经在电子产品,工业设备等各个领域大量应用。但是18650电芯的单体容量比较低,不足以满足电动车的要求,所以特斯拉又研发了21700型号。目前来说设备自动化程度高是圆柱企业最能节约人工成本的地方,但圆柱的产销链条已经非常成熟,被压缩的空间几乎已经没有了。

尺寸和电极厚度在方形电芯上来说还有很大进步空间,就尺寸来说越做越大,从最初的20AH到现在50AH的批量产品出现在市场上。容量越大摊到的WH成本越低,所以湃客认为真的到大容量方形量产的时候成本持平圆柱是完全可能的。

三元锂电池为什么要分圆柱形和方形?插图1
三元锂电池为什么要分圆柱形和方形?插图2

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