鋰離子電池是為從消費電子產品到電動汽車等各種產品提供電力的基礎構件。鋰離子電池往往不是獨立的部件。它們以串聯和并聯的方式連接在一起，形成一個稱為電池組的最終組件。但對于每個電池組來說，所選擇的電芯是來決定整個電池的壽命和性能的。電池的性能特點決定了最終電池組的尺寸、重量、電壓、電流、功率和環境能力。

鋰離子電池有三種基本形狀：圓柱形、棱柱形（或磚形）和鋰聚合物電池的扁平矩形。金屬包覆圓柱形電池的標準格式是18650（直徑18毫米×高65毫米）、21700（21×70毫米）或26650（26×65毫米）。在圓柱形和棱柱形電池內，電池材料層像果凍卷一樣卷在里面。鋰離子圓柱形和棱柱形電池被包裝在金屬罐中。

棱柱形或磚頭形電池通常具有成本效益，并有無數種尺寸可供選擇。棱柱形電池的主要特征之一是金屬罐頂部帶有終端的壓力通風口。棱柱形電池的正負極是突出于電池的凸臺。在空間受限的多節電池組中，建議使用棱柱形電池，因為其矩形的形狀使電池之間的空氣間隙最小。

鋰聚合物電池，有時也被稱為層壓電池，可按客戶要求定制。根據所需格式，它們可以很薄或很笨重。鋰聚合物電池的主要優勢是有廣泛的外形尺寸可供選擇。這些類型的電池被封裝在不靈活的鋁箔層壓袋中，厚度僅為0.1毫米，而用于封裝圓柱形或棱柱形電池的鋁罐或鋼罐的厚度為0.25至0.40毫米。與圓柱形電池不同的是，鋰聚合物電池類別中沒有太多標準尺寸。這就導致了一系列電池產品的出現。

鋰聚合物電池是智能手機和其他便攜式設備主要制造商的首選，因為它們提供更靈活的尺寸。在過去的十年中，許多個人電腦已經從圓柱形電池轉向鋰聚合物電池，為更薄、更輕的筆記本電腦和平板電腦打開了大門。

電池化學趨勢

對于鋰離子電池來說，其基礎化學成分決定了電池的性能特點。在過去的十年里，已經有很多電池化學成分被引入，并且每一種化學成分都出現了明顯的趨勢。最常見的電池化學成分是氧化鈷鋰(LCO)、氧化鎳鈷鋁鋰(NCA)、氧化鎳錳鈷鋰(NMC)和磷酸鐵鋰(LFP)。

十年前，LCO是圓柱形和棱柱形電池最常見的化學成分。然而，NMC以所有電池化學材料中最好的性能特點一躍而起。它也更經濟，因為它使用較少的鈷，而鈷的供應量有限且價格昂貴。

鎳和錳相互增強了對方的特性，基本配方的變化導致了更先進、更高功率的電池。行業分析師估計，到2025年，NMC將占到市場上所有鋰離子電池電芯的20%。此外，NMC是電動汽車（EV）制造商的首選。領先的NMC電池制造商包括比亞迪、LG、村田、松下/三洋和三星。

LFP化學也具有良好的電化學性能和低阻抗，因為它使用磷酸鹽材料作為陰極。主要優勢是高電流輸送和優異的循環壽命，良好的熱穩定性，以及對惡劣條件的優越安全性。這類電池的陰極材料比NMC電池有本質上的安全性，在較高溫度下不會分解。鋰離子電池往往含有高度易燃物質，如果損壞或過度充電，它們可能會在熱失控中不受控制地過熱。過熱可能導致冒煙、起火，甚至爆炸。

LFP電池具有最佳的熱穩定性和化學穩定性。此外，由于LFP比LCO、NCA、NMC或LFP電池具有更低的能量密度(體積和重量)和更高的每瓦時成本，因此它是需要高額定功率、長循環壽命或升高工作溫度的應用的理想選擇。傳統上，LCO/NCA/NMC和LFP在其具體應用中幾乎沒有重疊。領先的LFP電池制造商包括BAK、比亞迪、CALB和CATL。

由于額定功率的增加、高能量密度和較低的每瓦時成本，NMC電池單元在某些應用中正在取代LFP電池。它們也開始在大功率系統中取代LFP電池，如電動工具、材料處理設備的電池和電動巴士的動力系統。

對于每種電池化學成分，隨著電池制造商將其產品推向高能量或高功率市場，每個類別中都存在細分。我們開始看到高功率NMC和高能量LFP電池之間有更多的重疊。在許多情況下，對于特定的性能要求，不再有明顯的優越電池化學成分。

綠立方科技為許多工業應用生產電池組，該公司一般使用NMC或LFP電池。NMC和LFP之間的性能差距正在縮小。

電池格式趨勢

來回顧一下。裝在金屬外殼中的鋰離子電池有兩種形狀--圓柱形和棱柱形。

圓柱形電池有很多格式，但傳統上，LCO、NCA和NMC電池單元最受歡迎的格式是18650。而當松下與特斯拉合作開發新的電動汽車電池時，他們開發了獨特的21700電池格式。

將18650電池尺寸擴大了幾毫米（圖1），使電池活性材料的體積增加了50%。目前，大多數領先的NMC電池制造商都支持這種電池尺寸。因此，18650和21700是兩種最常見的NMC化學格式。如果您選擇18650或21700電池來構建NMC電池組，鑒于標準化，找到性能相似的替代電池是有保障的。

1.圖示比較了18650和21700電池片的尺寸。

根據行業分析師的數據，2020年基于21700格式的電池出貨量超過20億片，比上一年增加了25%。其他估計顯示，這些類型的電池也占2020年所有圓柱形電池出貨量的24%。26650電池并不常見與NMC化學成分搭配。近年來，隨著鋰聚合物電池的日益普及，較小的棱柱形NMC格式（例如103450（10×34×50mm））已不受歡迎。

對于LFP電池來說，18650和26650格式很常見；這兩種格式往往由領先的LFP電池制造商提供（圖2）。這使得在為電池組選擇LFP電池時，可以從相互競爭的電池制造商處進行雙重采購。26650格式在很大程度上被限制在LFP電池化學成分上。在過去的幾年里，50-100-Ah范圍內的大型棱柱形LFP電池已經崛起。

2.典型的18650NMC和LFP電池的性能特點。

較大的LFP棱柱形格式通常用于電動汽車或工業設備，如叉車（圖3）。這些電池被歸類為中型或大型格式，并要求非常高的額定功率。遺憾的是，大格式棱柱形LFP電池的標準很少，因此任何電池組選擇的電池片都將從特定的制造商處單一采購。

3.這款中規中矩的叉車電池是基于100-AhLFP電池的。

總結

在開發使用鋰離子電池供電的移動或便攜式設備時，必須牢記市場上的各種電池格式和化學成分。電池片的選擇不僅是電池組，也是終端設備早期設計階段最關鍵的決定。選擇具有市場發展勢頭的鋰離子格式和化學成分，有助于保證電池的長生命周期，并為整個電池壽命中的性能和成本改進提供路線圖。