随着近几年新能源汽车的火热发展,锂电池也随之大火。动力电池一直是新能源汽车的重要领域,谁掌握了动力电池,谁就掌握了新能源汽车。而在动力电池中,最受瞩目的当属锂离子电池。
锂离子电池的能量密度很高,它的容量是同重量的镍氢电池的1.5~2倍,而且具有很低的自放电率。此外,锂离子电池几乎没有“记忆效应”以及不含有毒物质,锂离子电池的这些优点使其在新能源汽车领域得到了广泛应用。
如今应用较广泛的圆柱锂离子电池有18650电池以及21700电池。
18650电池
18650电池原指镍氢电池和锂离子电池,由于镍氢电池现在比较少用,所以现在多指锂离子电池。18650是锂离子电池的鼻祖--日本SONY公司当年为了节省成本而定下的一种标准性的锂离子电池型号,其中18表示直径为18mm,65表示长度为65mm,0表示为圆柱形电池。常见的18650电池有三元锂离子电池和磷酸铁锂电池。
说起18650电池,就不得不提起特斯拉,特斯拉在进行电动汽车电池开发时,测试了很多种类的电池,但最后把目标锁定在18650电池,将18650电芯作为新能源电动汽车电池的技术路线。可以说,特斯拉之所以能够拥有不逊于传统燃油车的性能表现,除了电动机技术之外,还要得益于特斯拉先进的电池技术。那么特斯拉为何选定18650电池作为其动力之源呢?
优点
工艺成熟一致性高
在进入新能源汽车领域前,18650电池便已广泛应用在电子产品中,是最早、最成熟、最稳定的锂离子电池,经过多年的经验累积,日本厂商将18650电池在消费类产品所积累的先进技术极好地应用于车载电池领域。松下是全球电池技术和规模最大的企业之一,相较于其他厂商,产品缺陷最少,规模较大,也便于从中挑选出一致性好的电池。
相比之下,其他电池例如层叠式锂离子电池远不够成熟,许多产品连尺寸、大小等都不能统一,电池厂商所具备的生产工艺也不能满足条件。总的来说,电池的一致性达不到18650电池的水准。如果电池的一致性达不到要求,大量电池串、并联形成的电池组的管理也将不能让每个电池的性能更好地发挥,而18650电芯可以很好地解决这一问题。
安全性能高
18650锂电池安全性能高,不爆炸,不燃烧;无毒,无污染,经过RoHS商标认证;且耐高温性能好,65度条件下放电效率达100%。
18650电池一般采用钢壳封装,在汽车发生碰撞等极端情况下,更能尽量减少安全事故的发生,安全性更高。除此之外,18650每个电池单元的尺寸小,将每个单元的能量可控制在较小的范围,与使用大尺寸电池单元相比,即使电池组的某个单元发生故障,也能降低故障带来的影响。
能量密度高
18650锂电池的容量一般为1200mah~3600mah之间,而一般电池容量只有800mah左右,如果组合起来成18650锂电池组,那18650锂电池组可以突破5000mah。它的容量是同重量的镍氢电池的1.5到2倍,而且具有很低的自放电率。18650电芯的能量密度目前能够达到250Wh/kg的水平,满足特斯拉高续航里程的要求。
成本低性价比高
18650锂电池的使用寿命很长,正常使用时循环寿命可达500次以上,是普通电池的两倍以上。18650产品的技术成熟程度高,结构设计、制造技术还有制造设备,以及衍生的18650模组的技术都很成熟,这些都使得它的运行成本和维护成本降低。
目前应用比较广泛的18650电池已有多年的发展历史,相对其他类型电池技术虽然较成熟,但依然面临着产热高、成组复杂、无法实现快充等问题。在这样的背景下,21700圆柱三元电池应运而生。
2017年1月4日,特斯拉宣布与松下联合研发的新型21700电池开始量产,并强调这是目前可量产电池中能量密度最高且成本最低的电池。
21700电池
电池21700是圆柱型电池的型号,具体指:21——指圆柱电池的外径为21mm;700——指圆柱电池的高度为70.0mm。
这是为了适应电动汽车对更长续行里程的要求,为提高车辆电池空间有效利用率,而开发出的新型号。同种材料,21700相比常见的18650圆柱锂电池,容量可以高35%以上。
新型21700具有四大显著的优势:
(1)电池单体容量提升35%。以特斯拉生产的21700电池为例,从18650型号切换至21700型号后,电池单体电池容量可以达到3～4.8Ah,大幅提升35%。
(2)电池系统能量密度提升约20%。特斯拉披露的数据来看,早期使用的18650电池系统能量密度约250Wh/kg,后来其生产的21700电池系统能量密度在300Wh/kg左右,21700电池的体积能量密度比原有的18650高出近20%。
(3)系统的成本预计下降9%左右。从特斯拉披露的电池价格信息分析,21700电池的动力锂电池系统售价为170美元/Wh,而18650电池系统的售价为185美元/Wh。在Model3上使用21700电池后,仅电池系统成本就可以下降约9%。
(4)系统的重量预计下降10%左右。21700整体体积大于18650,随着单体容量提升后,单体能量密度更高,所以同等能量下所需电池单体的数量可减少约1/3,在降低系统管理难度的同时也将减少电池包采用的金属结构件及电气配件的数量,这进一步降低了电池的重量。三星SDI改用一套新型21700电池之后,发现系统相比目前的电池减少10%重量。
保持了18650型电池所具有的高可靠性和稳定的性能,21700电池性能在各方面均比18650有较大提升。此外,相较于其他电池型号,21700从电池原材料选用、制作工艺和技术流程等方面,都和技术较成熟的18650电池相似。因此18650与21700的产线大部分可以兼容,部分企业比较稳妥的办法是在生产线上做文章,将生产线向21700和18650兼容上靠拢。
动力电池追求高比能已成不可逆的趋势,众多电池企业开始把目光转向布局21700电池。一些企业的生产线从国外进口,但组装上都是自己进行,因此可以投入较少的成本实现18650向21700的转化。
目前国内厂商代表有力神电池、比克电池、亿纬锂能、猛狮科技等企业,除此之外,天臣新能源、天鹏电源、创明新能源、智慧能源、智航新能源、横店东磁、海四达、安徽泰能等电池企业也纷纷布局21700电池。
力神电池
2015年通过华霆动力开始大规模给江淮供应圆柱18650三元电芯。2017年7月20日宣布其21700产线正式投产,这是国内首家为21700产品定制的产线。
据了解,天津力神的子公司苏州力神21700电池日出货量在40万支以上,月产量实现超过1000万支。随着产能及直通率的不断提升,年底可实现月2000至2500万支的月产量,年产量预计1.6亿支。
比克电池
比克电池在今年展示了18650-3.0Ah高能芯,其18650电芯单体能量密度已达国际领先水平。比克18650-3.0Ah高能芯产品采用先进的全自动生产线,已在郑州中牟的比克产业园实现量产,产能达6.5GWh,日产可达200万颗,目前已投入市场应用。
据比克电池总工程师骆兆军透露,比克电池的21700电芯已经完成多次下线内测,4.8Ah21700圆柱电池已开始小批量试样,预计2018年第四季度能实现大批量出货,计划年底推出5.0Ah产品。
亿纬锂能
2017年6月28日,亿纬锂能“湖北金泉二区投产暨三区启动仪式”在湖北金泉举行。亿纬锂能圆柱三元电池生产线正式竣工投产,这标志着我国圆柱三元电池正式迈入21700时代。关于21700电池的未来发展规划,亿纬锂能技术部总监何巍表示,亿纬锂能未来三年计划将21700电池的能量密度提升到260Wh/kg,预计2019年问世。
猛狮科技
在诏安生产基地实现第一条18650生产线顺利达产后,猛狮科技投入研发力量开发了21700型圆柱电芯。2017年8月16日,猛狮科技2GW产能的21700电池产线开始建设,预计2019年上半年全部达产。
天臣新能源
公司的18650电池主要用于“一高一低”两个领域,“高”指类似特斯拉的高端乘用车;“低”指10万元以下的微型车、物流车等。据悉其21700电池已经试产,预计在2018年内正式投产,单体电池容量4.5Ah。
天鹏能源
预计2018年公司总产能将达到6GWh左右。二号生产基地配置的设备兼容生产21700型产品,可实现18650型和21700型的任意切换,产品能量密度可达200-240Wh/Kg。
创明新能源
国内最早批量装车的三元18650电池生产企业之一,动力电池拥有众多资质优越的合作车企。据此前报道公司在早期就已经开始着手21700产品的研发,其21700产线正在测试阶段。
智慧能源
三元18650型锂电池已有产能超3GWh,2017年重点布局21700型电池,新建6条21700-5Ah的自动化生产线,21700总规划规模达7GW。目前已和国内主流新能源智能汽车企业形成配套合作关系,并持续拓展战略客户新兴互联网车企等。
智航新能源
已有的18650电芯产线进行升级,且已经研发了21700锂电池并具备相关生产条件,会根据市场的实际情况适时推出21700锂电池。
横店东磁
2016年起开始涉足动力电池产业,生产的动力电池主要为18650型,计划从2018年二季度开始进行21700电池的布局。
海四达
总体产能已达到2.6GWh,产品涉及圆柱、方形和软包三种路线。公司计划2018年投资建设2条动力电池产线,其中包含一条21700型号动力电池产线,预计到2019年,海四达总产能将达到4GWh。
安徽泰能
2017年公布投资50亿规划建设生产21700动力电池。
力神电池和亿纬锂能等主流电池企业都表示在21700电池能量密度提升方面不会太激进,但同时也在研发新产品提升比能量。
业内专家苏金然指出,21700电池能不能快速市场化实现工业化生产,关键在于电池企业在研发技术、制造工艺和终端应用方面是否有足够的经验积累,而不是说只要上一条21700产线就能够做到的。而18650电池与21700电池未来发展如何,且拭目以待。
