18650电池并不完美，未来是21700的天下？
来源：宝鄂实业
2019-04-06 14:21
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七月底，特斯拉发布旗下第四款车型Model 3，新车根据续航里程有354公里和499公里两款，以后可能会有高性能版本。其中售价最低3.5万美元，使Model 3成为特斯拉至今为止价格最亲民的车型。
值得注意的是，能让特斯拉推出如此平民级电动车的关键，在于其使用了加粗加长的升级版电池——21700电池。
与18650电池一样，特斯拉21700电池也是圆柱形锂电池中的一种。其中“21”指电池直径为21mm，“70”指高度为70mm，“0”代表圆柱体型的电池。
特斯拉取得初步领先
特斯拉推出21700电池并非是想引领技术方向，实际是迫于成本压力。
在Model 3项目成立之初，马斯克就给这款车定了3.5万美金的售价，但如果还是采用原来的18650电池，就会产生两种结果，要么保证续航超出定价，要么保证定价降低续航能力，对于“挑剔”的马斯克来说都很难接受。所以问题在于，有没有一种电池在保证续航的同时降低成本，答案就是21700电池。
虽然18650电池为特斯拉崛起立下汗马功劳，但马斯克本人对它一直抱着怀疑态度，针对21700与18650电池，马斯克在社交媒体表示：18650电池的出现完全是一场历史事故，它是早期产品的标准，现在只有21700电池才能满足电动汽车对电池性能的要求。
为什么是21700电池？行业分析人士认为：21700型电池能量密度比我们熟知的18650型电池更高，而且成组之后成本反而会降低。选择21700，不是它的绝对性能优于其他型号，是物理性与经济性综合均衡的结果。
今年初，特斯拉正式宣布与松下联合研发的新型21700电池开始小批量生产，年底将在千兆工厂大规模投产供应Model 3。
据悉，这套21700型电池系统的能量密度在300Wh/kg左右，比原来Model S使用的18650电池能量密度提升20%以上，单体容量提升35%，系统成本却降低10%左右。马斯克表示：这套21700电池是目前可量产电池中能量密度最高且成本最低的电池。
优势明显，但缺点值得警惕
21700电池有三大优点。单体与成组能量密度都大为提高，以特斯拉生产的21700电池为例，从18650型号切换至21700型号后，电池单体电池容量可以达到3~4.8Ah，大幅提升35%，成组后能量密度依然提升20%。
由于单体能量密度更高，所以同等能量下所需电池单体的数量可减少约1/3，在降低系统管理难度的同时也将减少电池包采用的金属结构件及电气配件的数量。特斯拉18650电池系统成本约为171美元/Wh，改用21700后，预计系统成本约能实现9%左右的降幅，达到155美元/Wh。
由于降低了单体使用数量，再加上其它配件使用量降低，在保证同等容量前提下，动力电池系统重量得到本质优化。三星SDI改用一套新型21700电池之后，发现系统相比目前的电池减少10%重量。
既然能将电芯尺寸做大，进而提高电芯容量，那为什么不采用尺寸与容量更大的电芯？
一般来说，圆柱电芯的物理尺寸增加不止提升能量密度，同时会降低电芯循环寿命和倍率等性能。据测算，容量每提升10%，循环寿命大约会降低20%；充放电倍率降低30~40%；同时电芯会有20%左右的温升。
如果持续增大尺寸，电芯安全性和适配性都会降低，无形之中增加新能源汽车安全隐患和设计难度，这就是为什么更大尺寸圆柱电池26500、32650等未能规模化占据主流市场的原因。
理论上，相比18650电池，21700电池寿命更短、同等容量充电时间更长与安全性更低。对于电动汽车来说，安全永远是第一位的，为了避免大电池温升过高出现火灾，电池散热系统必须设计更加合理。
能否取代18650？
从国家对动力锂电池能量密度的指引目标来看，2020年动力电池单体能量密度要突破300Wh/kg，动力电池系统能量密度达到260Wh/kg。目前做的最好的18650电池达不到这个技术要求，大部分国产电池的密度都在100~150Wh/kg之间。
在时间有限条件下，产品型号改进远比材料进步更加快速，所以通过增加体积来提高能量密度的21700电池势必会成为企业重点考虑的对象。
