隨著近幾年新能源汽車的火熱發(fā)展,鋰電池也隨之大火。動力電池一直是新能源汽車的重要領域,誰掌握了動力電池,誰就掌握了新能源汽車。而在動力電池中,最受矚目的當屬鋰離子電池。

鋰離子電池的能量密度很高,它的容量是同重量的鎳氫電池的1.5~2倍,而且具有很低的自放電率。此外,鋰離子電池幾乎沒有“記憶效應”以及不含有毒物質(zhì),鋰離子電池的這些優(yōu)點使其在新能源汽車領域得到了廣泛應用。

如今應用較廣泛的圓柱鋰離子電池有18650電池以及21700電池。

18650電池

18650電池原指鎳氫電池和鋰離子電池,由于鎳氫電池現(xiàn)在比較少用,所以現(xiàn)在多指鋰離子電池。18650是鋰離子電池的鼻祖--日本SONY公司當年為了節(jié)省成本而定下的一種標準性的鋰離子電池型號,其中18表示直徑為18mm,65表示長度為65mm,0表示為圓柱形電池。常見的18650電池有三元鋰離子電池和磷酸鐵鋰電池。

說起18650電池,就不得不提起特斯拉,特斯拉在進行電動汽車電池開發(fā)時,測試了很多種類的電池,但最后把目標鎖定在18650電池,將18650電芯作為新能源電動汽車電池的技術路線。可以說,特斯拉之所以能夠擁有不遜于傳統(tǒng)燃油車的性能表現(xiàn),除了電動機技術之外,還要得益于特斯拉先進的電池技術。那么特斯拉為何選定18650電池作為其動力之源呢?

優(yōu)點

工藝成熟一致性高

在進入新能源汽車領域前,18650電池便已廣泛應用在電子產(chǎn)品中,是最早、最成熟、最穩(wěn)定的鋰離子電池,經(jīng)過多年的經(jīng)驗累積,日本廠商將18650電池在消費類產(chǎn)品所積累的先進技術極好地應用于車載電池領域。松下是全球電池技術和規(guī)模最大的企業(yè)之一,相較于其他廠商,產(chǎn)品缺陷最少,規(guī)模較大,也便于從中挑選出一致性好的電池。

相比之下,其他電池例如層疊式鋰離子電池遠不夠成熟,許多產(chǎn)品連尺寸、大小等都不能統(tǒng)一,電池廠商所具備的生產(chǎn)工藝也不能滿足條件。總的來說,電池的一致性達不到18650電池的水準。如果電池的一致性達不到要求,大量電池串、并聯(lián)形成的電池組的管理也將不能讓每個電池的性能更好地發(fā)揮,而18650電芯可以很好地解決這一問題。

安全性能高

18650鋰電池安全性能高,不爆炸,不燃燒;無毒,無污染,經(jīng)過RoHS商標認證;且耐高溫性能好,65度條件下放電效率達100%。

18650電池一般采用鋼殼封裝,在汽車發(fā)生碰撞等極端情況下,更能盡量減少安全事故的發(fā)生,安全性更高。除此之外,18650每個電池單元的尺寸小,將每個單元的能量可控制在較小的范圍,與使用大尺寸電池單元相比,即使電池組的某個單元發(fā)生故障,也能降低故障帶來的影響。

能量密度高

18650鋰電池的容量一般為1200mah~3600mah之間,而一般電池容量只有800mah左右,如果組合起來成18650鋰電池組,那18650鋰電池組可以突破5000mah。它的容量是同重量的鎳氫電池的1.5到2倍,而且具有很低的自放電率。18650電芯的能量密度目前能夠達到250Wh/kg的水平,滿足特斯拉高續(xù)航里程的要求。

成本低性價比高

18650鋰電池的使用壽命很長,正常使用時循環(huán)壽命可達500次以上,是普通電池的兩倍以上。18650產(chǎn)品的技術成熟程度高,結(jié)構(gòu)設計、制造技術還有制造設備,以及衍生的18650模組的技術都很成熟,這些都使得它的運行成本和維護成本降低。

目前應用比較廣泛的18650電池已有多年的發(fā)展歷史,相對其他類型電池技術雖然較成熟,但依然面臨著產(chǎn)熱高、成組復雜、無法實現(xiàn)快充等問題。在這樣的背景下,21700圓柱三元電池應運而生。

2017年1月4日,特斯拉宣布與松下聯(lián)合研發(fā)的新型21700電池開始量產(chǎn),并強調(diào)這是目前可量產(chǎn)電池中能量密度最高且成本最低的電池。

21700電池

電池21700是圓柱型電池的型號,具體指:21——指圓柱電池的外徑為21mm;700——指圓柱電池的高度為70.0mm。

這是為了適應電動汽車對更長續(xù)行里程的要求,為提高車輛電池空間有效利用率,而開發(fā)出的新型號。同種材料,21700相比常見的18650圓柱鋰電池,容量可以高35%以上。

新型21700具有四大顯著的優(yōu)勢:

(1)電池單體容量提升35%。以特斯拉生產(chǎn)的21700電池為例,從18650型號切換至21700型號后,電池單體電池容量可以達到3～4.8Ah,大幅提升35%。

(2)電池系統(tǒng)能量密度提升約20%。特斯拉披露的數(shù)據(jù)來看,早期使用的18650電池系統(tǒng)能量密度約250Wh/kg,后來其生產(chǎn)的21700電池系統(tǒng)能量密度在300Wh/kg左右,21700電池的體積能量密度比原有的18650高出近20%。

(3)系統(tǒng)的成本預計下降9%左右。從特斯拉披露的電池價格信息分析,21700電池的動力鋰電池系統(tǒng)售價為170美元/Wh,而18650電池系統(tǒng)的售價為185美元/Wh。在Model3上使用21700電池后,僅電池系統(tǒng)成本就可以下降約9%。

(4)系統(tǒng)的重量預計下降10%左右。21700整體體積大于18650,隨著單體容量提升后,單體能量密度更高,所以同等能量下所需電池單體的數(shù)量可減少約1/3,在降低系統(tǒng)管理難度的同時也將減少電池包采用的金屬結(jié)構(gòu)件及電氣配件的數(shù)量,這進一步降低了電池的重量。三星SDI改用一套新型21700電池之后,發(fā)現(xiàn)系統(tǒng)相比目前的電池減少10%重量。

保持了18650型電池所具有的高可靠性和穩(wěn)定的性能,21700電池性能在各方面均比18650有較大提升。此外,相較于其他電池型號,21700從電池原材料選用、制作工藝和技術流程等方面,都和技術較成熟的18650電池相似。因此18650與21700的產(chǎn)線大部分可以兼容,部分企業(yè)比較穩(wěn)妥的辦法是在生產(chǎn)線上做文章,將生產(chǎn)線向21700和18650兼容上靠攏。

動力電池追求高比能已成不可逆的趨勢,眾多電池企業(yè)開始把目光轉(zhuǎn)向布局21700電池。一些企業(yè)的生產(chǎn)線從國外進口,但組裝上都是自己進行,因此可以投入較少的成本實現(xiàn)18650向21700的轉(zhuǎn)化。

目前國內(nèi)廠商代表有力神電池、比克電池、億緯鋰能、猛獅科技等企業(yè),除此之外,天臣新能源、天鵬電源、創(chuàng)明新能源、智慧能源、智航新能源、橫店東磁、海四達、安徽泰能等電池企業(yè)也紛紛布局21700電池。

力神電池

2015年通過華霆動力開始大規(guī)模給江淮供應圓柱18650三元電芯。2017年7月20日宣布其21700產(chǎn)線正式投產(chǎn),這是國內(nèi)首家為21700產(chǎn)品定制的產(chǎn)線。

據(jù)了解,天津力神的子公司蘇州力神21700電池日出貨量在40萬支以上,月產(chǎn)量實現(xiàn)超過1000萬支。隨著產(chǎn)能及直通率的不斷提升,年底可實現(xiàn)月2000至2500萬支的月產(chǎn)量,年產(chǎn)量預計1.6億支。

比克電池

比克電池在今年展示了18650-3.0Ah高能芯,其18650電芯單體能量密度已達國際領先水平。比克18650-3.0Ah高能芯產(chǎn)品采用先進的全自動生產(chǎn)線,已在鄭州中牟的比克產(chǎn)業(yè)園實現(xiàn)量產(chǎn),產(chǎn)能達6.5GWh,日產(chǎn)可達200萬顆,目前已投入市場應用。

據(jù)比克電池總工程師駱兆軍透露,比克電池的21700電芯已經(jīng)完成多次下線內(nèi)測,4.8Ah21700圓柱電池已開始小批量試樣,預計2018年第四季度能實現(xiàn)大批量出貨,計劃年底推出5.0Ah產(chǎn)品。

億緯鋰能

2017年6月28日,億緯鋰能“湖北金泉二區(qū)投產(chǎn)暨三區(qū)啟動儀式”在湖北金泉舉行。億緯鋰能圓柱三元電池生產(chǎn)線正式竣工投產(chǎn),這標志著我國圓柱三元電池正式邁入21700時代。關于21700電池的未來發(fā)展規(guī)劃,億緯鋰能技術部總監(jiān)何巍表示,億緯鋰能未來三年計劃將21700電池的能量密度提升到260Wh/kg,預計2019年問世。

猛獅科技

在詔安生產(chǎn)基地實現(xiàn)第一條18650生產(chǎn)線順利達產(chǎn)后,猛獅科技投入研發(fā)力量開發(fā)了21700型圓柱電芯。2017年8月16日,猛獅科技2GW產(chǎn)能的21700電池產(chǎn)線開始建設,預計2019年上半年全部達產(chǎn)。

天臣新能源

公司的18650電池主要用于“一高一低”兩個領域,“高”指類似特斯拉的高端乘用車;“低”指10萬元以下的微型車、物流車等。據(jù)悉其21700電池已經(jīng)試產(chǎn),預計在2018年內(nèi)正式投產(chǎn),單體電池容量4.5Ah。

天鵬能源

預計2018年公司總產(chǎn)能將達到6GWh左右。二號生產(chǎn)基地配置的設備兼容生產(chǎn)21700型產(chǎn)品,可實現(xiàn)18650型和21700型的任意切換,產(chǎn)品能量密度可達200-240Wh/Kg。

創(chuàng)明新能源

國內(nèi)最早批量裝車的三元18650電池生產(chǎn)企業(yè)之一,動力電池擁有眾多資質(zhì)優(yōu)越的合作車企。據(jù)此前報道公司在早期就已經(jīng)開始著手21700產(chǎn)品的研發(fā),其21700產(chǎn)線正在測試階段。

智慧能源

三元18650型鋰電池已有產(chǎn)能超3GWh,2017年重點布局21700型電池,新建6條21700-5Ah的自動化生產(chǎn)線,21700總規(guī)劃規(guī)模達7GW。目前已和國內(nèi)主流新能源智能汽車企業(yè)形成配套合作關系,并持續(xù)拓展戰(zhàn)略客戶新興互聯(lián)網(wǎng)車企等。

智航新能源

已有的18650電芯產(chǎn)線進行升級,且已經(jīng)研發(fā)了21700鋰電池并具備相關生產(chǎn)條件,會根據(jù)市場的實際情況適時推出21700鋰電池。

橫店東磁

2016年起開始涉足動力電池產(chǎn)業(yè),生產(chǎn)的動力電池主要為18650型,計劃從2018年二季度開始進行21700電池的布局。

海四達

總體產(chǎn)能已達到2.6GWh,產(chǎn)品涉及圓柱、方形和軟包三種路線。公司計劃2018年投資建設2條動力電池產(chǎn)線,其中包含一條21700型號動力電池產(chǎn)線,預計到2019年,海四達總產(chǎn)能將達到4GWh。

安徽泰能

2017年公布投資50億規(guī)劃建設生產(chǎn)21700動力電池。

力神電池和億緯鋰能等主流電池企業(yè)都表示在21700電池能量密度提升方面不會太激進,但同時也在研發(fā)新產(chǎn)品提升比能量。

業(yè)內(nèi)專家蘇金然指出,21700電池能不能快速市場化實現(xiàn)工業(yè)化生產(chǎn),關鍵在于電池企業(yè)在研發(fā)技術、制造工藝和終端應用方面是否有足夠的經(jīng)驗積累,而不是說只要上一條21700產(chǎn)線就能夠做到的。而18650電池與21700電池未來發(fā)展如何,且拭目以待。