21700电池之火始于特斯拉Model3中21700三元锂离子电池的全面使用,开启了圆柱形电池容量提升的新阶段。特斯拉Model3的21700电池系统的能量密度约为300Wh/kg,比原Models使用的18650电池高出20%以上,单容量新增了35%,系统成本降低约9%。
综上所述,从18650年到21700年的规模上升出现了以下好处:
1)能量密度适当增大时,可选用常规材料,性能稳定,性价比高;
2)可适当设计多极耳机构,减少内阻;
3)在相同能量密度下,可选择具有快速充电特性的石墨,提高快速充电性能;
4)适当新增直径和高度,获得更加有效的体积。
5)单细胞容量新增,辅助成分比例降低,包装成本降低。
目前,世界上只有少数公司能批量生产21700块电池。除了松下和特斯拉联合开发的21700电池量产外,三星SDI之前也展示过相关的21700产品,但据悉该产品尚未量产。国内21700家厂家,数据显示,21700家厂家分别是比克、电力神、亿威锂能源、天鹏电源、远东福斯特、满世新能。
而国旋高科公布的32131电池,计划在合肥庐江建设32131圆筒电池生产线。
单位体积容量与循环寿命、乘法器和安全性之间存在很强的相关性:容量每新增10%,循环寿命就减少约20%。容量每新增10%,充放电率降低30-40%。容量每新增10%,温升就会新增20%左右,呈几何级数上升。能量密度越高,安全风险越大。
基于18650电池的缺陷,政策所要求的能量密度的新增新增了材料的成本
A.NCA、硅碳等新材料供应链尚不成熟,成本高,供应不稳定;
B.新材料制造工艺对环境要求高,固定资产投资高,能耗大;电池容量低,技术要求高,包装成本高;
C.单体细胞最多能适应阳性单耳和阴性双极耳的结构,对能量密度有显著影响;
D.高曲率零件比例大,对循环寿命影响大;
E.当要同时进行高能量密度和高功率充电时,设计空间达到极限。
更大直径的圆柱形锂离子电池将成为必然的趋势,21是比18更好的选择,32131系列也是未来的一个方向,但是基于目前的技术水平和其他类型的竞争,很难在短时间内呈现爆发式上升。