简述18650与21700电池性能优点
来源：宝鄂实业
2019-04-22 10:50
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说起18650电池,就不得不提起特斯拉,特斯拉在进行电动汽车电池开发时,测试了很多种类的电池,但最后把目标锁定在18650电池,将18650电芯作为新能源电动汽车电池的技术路线。可以说,特斯拉之所以能够拥有不逊于传统燃油车的性能表现,除了电动机技术之外,还要得益于特斯拉先进的电池技术。那么特斯拉为何选定18650电池作为其动力之源呢?
优点
工艺成熟 一致性高
在进入新能源汽车领域前,18650电池便已广泛应用在电子产品中,是最早、最成熟、最稳定的锂离子电池,经过多年的经验累积,日本厂商将18650电池在消费类产品所积累的先进技术极好地应用于车载电池领域。松下是全球电池技术和规模最大的企业之一,相较于其他厂商,产品缺陷最少,规模较大,也便于从中挑选出一致性好的电池。
相比之下,其他电池例如层叠式锂离子电池远不够成熟,许多产品连尺寸、大小等都不能统一,电池厂商所具备的生产工艺也不能满足条件。总的来说,电池的一致性达不到18650电池的水准。如果电池的一致性达不到要求,大量电池串、并联形成的电池组的管理也将不能让每个电池的性能更好地发挥,而18650电芯可以很好地解决这一问题。
安全性能高
18650锂电池安全性能高,不爆炸,不燃烧;无毒,无污染,经过RoHS商标认证;且耐高温性能好,65度条件下放电效率达100%。
能量密度高
18650锂电池的容量一般为1200mah~3600mah之间,而一般电池容量只有800mah左右,如果组合起来成18650锂电池组,那18650锂电池组可以突破5000mah。它的容量是同重量的镍氢电池的1.5到2倍,而且具有很低的自放电率。18650电芯的能量密度目前能够达到250Wh/kg的水平,满足特斯拉高续航里程的要求。
成本低 性价比高
18650锂电池的使用寿命很长,正常使用时循环寿命可达500次以上,是普通电池的两倍以上。18650产品的技术成熟程度高,结构设计、制造技术还有制造设备,以及衍生的18650模组的技术都很成熟,这些都使得它的运行成本和维护成本降低。
目前应用比较广泛的18650电池已有多年的发展历史,相对其他类型电池技术虽然较成熟,但依然面临着产热高、成组复杂、无法实现快充等问题。在这样的背景下,21700圆柱三元电池应运而生。
21700电池:
电池21700是圆柱型电池的型号,具体指:21——指圆柱电池的外径为21mm;700——指圆柱电池的高度为70.0mm。
新型21700具有四大显著的优势:
(1)电池单体容量提升35%。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%。
(2)电池系统能量密度提升约20%。特斯拉披露的数据来看,早期使用的18650电池系统能量密度约250Wh/kg,后来其生产的21700电池系统能量密度在300Wh/kg左右,21700电池的体积能量密度比原有的18650高出近20%。
(3)系统的成本预计下降9%左右。从特斯拉披露的电池价格信息分析,21700电池的动力锂电池系统售价为170美元/Wh,而18650电池系统的售价为185美元/Wh。在Model3上使用21700电池后,仅电池系统成本就可以下降约9%。
(4)系统的重量预计下降10%左右。21700整体体积大于18650,随着单体容量提升后,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,这进一步降低了电池的重量。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。
保持了18650型电池所具有的高可靠性和稳定的性能,21700电池性能在各方面均比18650有较大提升。此外,相较于其他电池型号,21700从电池原材料选用、制作工艺和技术流程等方面,都和技术较成熟的18650电池相似。因此18650与21700的产线大部分可以兼容,部分企业比较稳妥的办法是在生产线上做文章,将生产线向21700和18650兼容上靠拢。
动力电池追求高比能已成不可逆的趋势,众多电池企业开始把目光转向布局21700电池。一些企业的生产线从国外进口,但组装上都是自己进行,因此可以投入较少的成本实现18650向21700的转化。
目前国内厂商代表有力神电池、比克电池、亿纬锂能、猛狮科技等企业,除此之外,天臣新能源、天鹏电源、创明新能源、智慧能源、智航新能源、横店东磁、海四达、安徽泰能等电池企业也纷纷布局21700电池。层叠式电池的厚度薄、表面大，均热、散热能力都不错，因此日产的LEAF很大胆地采用了被动式热管理系统(其实就是不管理！)，由空气的自然对流将热量带走。
日产LEAF的NEC电池
日产LEAF使用的NEC层叠电池
可以看到，电池组上没有任何的风扇、冷却液管道等热管理系统。大概这就是无招胜有招。
反过来看Tesla，18650电池的个头比较小，在正常充放电时单体电池内部的温差也不会太大。但是，6000多个单体电池的温度也应当保持在不超过5°C的范围内，这是一件非常困难的事情。但是，Tesla做到了。怎么做到的？参看Tesla 的电池管理系统 (BMS) 相比其他电动汽车有哪些优势？
特斯拉电池模组中的液冷系统特斯拉电池模组中的液冷系统
如上图，这些管道是冷却液的流道，流道均匀分布在电池模组中间，能让每只电芯能很好地跟水管接触，这样每只电芯在冷却时带走的热量也几乎一样，温差也就可以有效地控制在很小的范围内。
总结来说，由于采用了小容量的18650电池，Tesla的热管理系统的复杂度是大大增加了的。也就是说，如果从散热能力方面考虑，使用小容量的18650电池不是最优选择。
