動力鋰離子電池一般來說是指能夠經過大電流放電給設備、器械、車輛等供給動力的鋰離子電池。動力鋰離子電池具有比能量高、大電流充放電、循環壽數長等特色，現已獲得廣泛使用。動力鋰離子電池依據正極資料的不同分為三元、鈷酸鋰、錳酸鋰、磷酸鐵鋰等類型；依據外形的不同分為方型電池（prismaTIc），圓柱型電池（cylindrical）等。為進步續航路程，動力鋰離子電池經過串并聯組合后的能量一般較大，容量從幾安時到幾百安時不等，電壓從十幾伏到幾百伏不等。隨著攜帶能量的進步，電池潛在危險性也隨之增大。因而如何進步動力鋰電池的安全性成為電動轎車繼續發展的重要條件。在動力鋰離子電池的發展進程中，一直存在著兩個發展方向。一個方向是大單體電池，經過少數并聯組合；一個方向是小單體電池，經過許多并聯組合。韓國LG，國內BYD為代表的公司走的是大方型道路；美國A123，國內沃特瑪為代表的公司走的是小型圓柱道路。這兩條道路現在沒有定論，不同的動力鋰電池廠家依據自己的了解選擇不同的工藝道路。但是在面對安全性這一目標方面，兩種工藝道路的成果差別是非常大的。本文從動力鋰電池結構、功能方面，特別是安全性方面進行比照剖析，來闡述小型圓柱電池在使用于電動轎車等方面的安全優勢。

電池結構、功能比照剖析

圓柱形電池和方型電池是現在業界兩大干流方向。圓柱型電池的基本結構如圖1所示。正負極之間由隔膜分開，經過卷繞構成卷芯。一般正負極極片焊接有正負極極耳并別離經過兩側引出。極耳焊接于正極和負極外殼。電解液加注于殼體內。圖2為方型電池結構。方型電池的結構分疊片結構和卷繞結構。疊片式方型鋰離子電池由n片正極片和n+1片負極片疊片組成電池芯胞，正負極片之間用隔膜離隔，別離在正、負極片的一側預留有正、負極耳區，疊成芯胞時正、負極耳別離從芯胞兩側對稱伸出。方型電池的卷繞結構和圓柱型電池的卷繞結構類似，其差別是卷心是扁平形狀而非圓柱型。因為圓柱型電池和方型電池形狀的不同，結構差別較大。一般狀況下，圓柱型電池因為卷芯電流密度和散熱的限制，容量不能做得太大。方型電池確保厚度恰當的條件下，經過增大長、寬能夠進步容量。其單體容量一般能夠超越圓柱型電池的10倍以上。表1為圓柱型和方型電池的功能比照。能夠看出兩種電池具有各自的特色。圓柱形電池結構設計簡略，正負極界面嚴密，生產線老練，成本低，成組散熱好，安全功能優異。其缺陷是內阻相對較高，成組要求高。方型電池的優勢是單體容量大組合簡略。其缺陷是生產工藝復雜，大容量電池單體一致性難控制。別的，方型殼體簡單發生應力集中，殼體簡單決裂，電解液濺出引發安全隱患。

安全性比照剖析

1.在極點狀況下的安全性比照

動力鋰電池在車輛發生嚴重事端等極點條件下的安全性是人們最為關心的問題，因為這直接關系到生命財產安全。圓柱電池容量小，經過串并組合到達動力鋰電池組的容量、電壓的要求。以現在32650電池為例，電池容量只要5Ah。而大方型電池單體容量一般都超越幾十安時，有的到達100Ah以上。在電池呈現磕碰、揉捏等極點危險狀況下，圓柱型小電池其釋放的能量要遠遠小于大方型電池單體。現在沃特瑪5Ah電池的電解液只要20克，而大方型電池，如50Ah單體，其電解液量要超越200克。該方型單體電池的電解液量是小型圓柱電池的10倍以上。一旦在事端中某個單體電芯呈現漏液，則因電解液泄漏而引起的燃燒程度也會是小型圓柱電池的10倍以上。從這方面來講，小型圓柱電池的安全性比大電池要好許多。當小型圓柱電池遭到破壞，其燃燒的威力要遠遠小于大的方型電池。經過對單個電池的別離保護，某一單體電池呈現問題，不會涉及其他電池。經過將能量渙散的方法，使電池的安全性極大進步。

在承受碰擊方面，圓柱型電池和方型電池體現差別較大。圓柱型電池相有關方型電池具有較好的抗形變才能，各個方向上受力均勻，形變保持才能是現在所有電芯工藝中最優異的，合作自主研制的安全組合蓋帽，安全性得到了極大的進步。即使在高速抵觸揉捏進程中，圓柱形電芯有必定的變形，但也不會起火燃燒。有關方型電池，面積較大的一面簡單形變，在高速抵觸揉捏進程中，電芯外殼不能很好的確保電芯內部結構，很簡單導致內部正負極片的錯位短路；有關這種瞬間的沖擊，方型電芯無法敏捷做出反響。

別的，有關大的方型電芯，因為其旁邊面面積較大，承受到其他物體碰擊的概率要高得多，因而在安全事端中，單體電芯被撞壞而形成短路的可能性要比小的圓柱電芯大許多。而有關小型圓柱電池組合，一旦電池箱受到猛烈碰擊，小型圓柱電池首先斷開的地方可能是各個單體電芯的鉚接點，而因為電芯體積較小，較大的可能性是被撞散，電池組失效。這對進步動力鋰電池組的安全性具有重大意義。因而采用小容量的圓柱型電池組合的電池組在車輛呈現事端時，能夠供給更長的逃生時間。依據沃特瑪的測驗，電池在烈火中燃燒，電解液噴出引發劇烈燃燒的時間在10分鐘后。

2.散熱方面的比照

在單體散熱方面，因為圓柱型電池和方型電池的形狀不同，散熱用途體現差別較大。以50Ah方型電池為例，其表面積容量比大約在1x10-3m2/Ah;而32650-5Ah圓柱電池的表面積容量比約為1.6x10-3m2/Ah;相比之下大了60%。在外界條件完全相同的狀況下，圓柱型小電池在散熱方面具有天然的優勢。

圓柱型電池在組合時，電池之間有縱向間隙，這為電池的散熱供給天然的散熱途徑。理論上散熱截面積至少在15.9%（嚴密擺放）和21.9%（立方擺放）。圖3為沃特瑪圓柱電池的組合結構實物圖，能夠看出組合后具有良好的散熱通道。圓柱電池組合的天然的散熱通道確保了電池的散熱用途，進步了電芯安全性。

3.安全機制比照

兩種電池結構都具有防爆安全閥。方型電池的安全閥一般位于端側，閥面積要大于圓柱電池的安全閥。但是假如考慮到電池的容量，即單位容量的閥面積，方型電池要遠遠小于圓柱電池。一旦電池呈現失效狀況，特別是極點的碰擊狀況，方型電池安全閥的有效性要落后于小型圓柱電池。圓柱電池組合蓋帽兼具防爆安全閥和電流堵截設備CID（CurrenTInterruptDevice），如圖4所示。這一點在方型電池上很少使用。當呈現外部短路或當電池內壓到達1.2MPa安全警戒值時，首先CID設備發動，正負極之間斷開，自動堵截電流自行保護，電池內部回路斷開；當電池內壓到1.8MPa安全警戒值時，泄壓構件安全閥會翻開，氣體排出，防止爆破危險。現在，安全型組合蓋帽工藝老練，使圓柱型電芯的安全性得到了很好的確保。

4.成組一致性比照

眾所周知，單體電池的一致性對電池組的壽數、安全性等各個方面目標具有較大的影響。大方型電池生產工藝的復雜性決議了現在單體電池的一致性較差。在成組后電池的一致性問題直接對安全性形成影響。因為容量少，內阻高的電池更多的面對過充過放帶來的危險。圓柱電池生產工藝老練，電池一致性較高。在電池組合后，低容量電池呈現的幾率較低。即使呈現低容量電池，因為多個并聯，經過自均衡的方法最大程度上消除了不一致的影響。

5.圓柱電池安全測驗

為了驗證圓柱電池的安全性，對圓柱單體電池及電池組進行了安全測驗。圖5為圓柱型電池組針刺試驗相片。當鋼釘穿透電池時，電池內電解液走漏，電池表面溫度急劇升高，電壓緩慢下降，電解液汽化冒出少數白煙，包裹電池用的絕緣塑料膠套被高溫熔化，進程繼續大約10min后現象消失，終究短路電池電壓降為零，進程最高溫度上升到141℃。電池不爆破，不燃燒。完全契合UL2580（及SAEJ2464）規范。圖6為圓柱型電池組碰擊測驗前后的相片。電池組在遭到重物碰擊后，電池顯著受損，但電池無起火、無漏液、無冒煙或爆破，電池電壓基本無變化。契合UL1642規范。表2為電池組進行的安全測驗項目。從實測成果看，圓柱型電池體現出良好的安全功能。圖7為更為苛刻的燃燒測驗進程相片。從實測成果看，電池的防爆片敞開的電池表面溫度在240℃左右，電池釋放出氣體，電解液部分燃燒，不呈現爆破現象。火焰熄滅后電池殼體結構也并未遭到破壞。依據UL1642要求試驗進程中單體電池的全部和部分不應該穿透鋼絲網，從試驗成果標明安全性到達UL規范。

現在小型圓柱電池現已許多使用于電動轎車中，為了驗證電池在轎車事端中的安全性，對整車進行了磕碰測驗。磕碰規范按C-NCAP進行。對該車別離進行時速50公里與剛性固定妨礙100%堆疊率正面磕碰，時速56公里對可變形妨礙40%堆疊率的正面偏置磕碰，可變形移動妨礙時速50公里與車輛的旁邊面磕碰。圖8為整車磕碰后的相片。從磕碰后車輛取下電池進行檢測，電池組基本無缺，無冒煙，無燃燒。整車磕碰試驗驗證了小型圓柱電池使用于電動轎車的安全優勢。