隨著近幾年新能源汽車的火熱發展,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,鋰離子電池的這些優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,由于鎳氫電池現在比較少用,所以現在多指鋰離子電池。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燃油車的性能表現,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品中,是最早、最成熟、最穩定的鋰離子電池,經過多年的經驗累積,日本廠商將18650電池在消費類產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模最大的企業之一,相較于其他廠商,產品缺陷最少,規模較大,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,許多產品連尺寸、大小等都不能統一,電池廠商所具備的生產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,在汽車發生碰撞等極端情況下,更能盡量減少安全事故的發生,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,正常使用時循環壽命可達500次以上,是普通電池的兩倍以上。18650產品的技術成熟程度高,結構設計、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,但依然面臨著產熱高、成組復雜、無法實現快充等問題。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合研發的新型21700電池開始量產,并強調這是目前可量產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行里程的要求,為提高車輛電池空間有效利用率,而開發出的新型號。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具有四大顯著的優勢:

(1)電池單體容量提升35%。以特斯拉生產的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)電池系統能量密度提升約20%。特斯拉披露的數據來看,早期使用的18650電池系統能量密度約250Wh/kg,后來其生產的21700電池系統能量密度在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售價為170美元/Wh,而18650電池系統的售價為185美元/Wh。在Model3上使用21700電池后,僅電池系統成本就可以下降約9%。

(4)系統的重量預計下降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量可減少約1/3,在降低系統管理難度的同時也將減少電池包采用的金屬結構件及電氣配件的數量,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,發現系統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的產線大部分可以兼容,部分企業比較穩妥的辦法是在生產線上做文章,將生產線向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,眾多電池企業開始把目光轉向布局21700電池。一些企業的生產線從國外進口,但組裝上都是自己進行,因此可以投入較少的成本實現18650向21700的轉化。

目前國內廠商代表有力神電池、比克電池、億緯鋰能、猛獅科技等企業,除此之外,天臣新能源、天鵬電源、創明新能源、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也紛紛布局21700電池。

力神電池

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

據了解,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,月產量實現超過1000萬支。隨著產能及直通率的不斷提升,年底可實現月2000至2500萬支的月產量,年產量預計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高能芯產品采用先進的全自動生產線,已在鄭州中牟的比克產業園實現量產,產能達6.5GWh,日產可達200萬顆,目前已投入市場應用。

據比克電池總工程師駱兆軍透露,比克電池的21700電芯已經完成多次下線內測,4.8Ah21700圓柱電池已開始小批量試樣,預計2018年第四季度能實現大批量出貨,計劃年底推出5.0Ah產品。

億緯鋰能

2017年6月28日,億緯鋰能“湖北金泉二區投產暨三區啟動儀式”在湖北金泉舉行。億緯鋰能圓柱三元電池生產線正式竣工投產,這標志著我國圓柱三元電池正式邁入21700時代。關于21700電池的未來發展規劃,億緯鋰能技術部總監何巍表示,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

在詔安生產基地實現第一條18650生產線順利達產后,猛獅科技投入研發力量開發了21700型圓柱電芯。2017年8月16日,猛獅科技2GW產能的21700電池產線開始建設,預計2019年上半年全部達產。

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。據悉其21700電池已經試產,預計在2018年內正式投產,單體電池容量4.5Ah。

天鵬能源

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

創明新能源

國內最早批量裝車的三元18650電池生產企業之一,動力電池擁有眾多資質優越的合作車企。據此前報道公司在早期就已經開始著手21700產品的研發,其21700產線正在測試階段。

智慧能源

三元18650型鋰電池已有產能超3GWh,2017年重點布局21700型電池,新建6條21700-5Ah的自動化生產線,21700總規劃規模達7GW。目前已和國內主流新能源智能汽車企業形成配套合作關系,并持續拓展戰略客戶新興互聯網車企等。

智航新能源

已有的18650電芯產線進行升級,且已經研發了21700鋰電池并具備相關生產條件,會根據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業,生產的動力電池主要為18650型,計劃從2018年二季度開始進行21700電池的布局。

海四達

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

安徽泰能

2017年公布投資50億規劃建設生產21700動力電池。

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

業內專家蘇金然指出,21700電池能不能快速市場化實現工業化生產,關鍵在于電池企業在研發技術、制造工藝和終端應用方面是否有足夠的經驗積累,而不是說只要上一條21700產線就能夠做到的。而18650電池與21700電池未來發展如何,且拭目以待。