218650 / 21700 圓柱、方形和軟包鋰電池結構優缺點分析
時間:2018-11-29 10:05來源:電池材料 作者:綜合報道
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目前，主流的鋰電池封裝形式主要有三種，即圓柱形、方形和軟包，不同的封裝結構意味著不同的特性，它們各有其優缺點。
一、圓形鋰電池分析
圓形鋰電池是指圓柱型的鋰電池，最早的圓柱形鋰電池是由日本SONY公司于1992年發明的18650鋰電池，因18650圓柱型鋰電池的歷史相當悠久，所以市場的普及率高，圓柱型鋰電池采用成熟的卷繞工藝，自動化程度高，產品傳品質穩定，成本相對低。
圓柱型鋰電池有諸多型號，比如常見的有17490、14650、18650、26650、21700等。圓柱型鋰電池在日本、韓國的鋰電池企業中較為流行，中國國內也有相當規模的企業生產圓柱型鋰電池。
隨著國內電動汽車市場的高速發展，整車企業對動力電池在能量密度、制造成本、產品附加屬、性循環壽命等方面都提出了更高的要求。在原材料領域尚未獲得巨大突破的前提下，適當增大圓柱電池的體積以獲得更多的電池容量便成為一種可探索的方向。
目前，特斯拉已經啟動了21700電池的規模化生產，并計劃用于特斯拉汽車Model3上，如果在特斯拉其他車型上測試通過，將全部替換掉之前使用的18650電池，特斯拉的做法或將在世界范圍內引領一股“21700風潮”。
二、方形鋰電池分析
方形鋰電池通常是指鋁殼或鋼殼方形電池，方形電池的普及率在國內很高，國內動力電池廠商多采用電池能量密度較高的鋁殼方形電池為主，因為方形電池的結構較為簡單，不像圓柱電池采用強度較高的不銹鋼作為殼體及具有防爆安全閥的等附件，所以整體附件重量要輕，相對能量密度較高。方型電池有采用疊片和卷繞兩種不同的工藝。
但由于方形鋰電池可以根據產品的尺寸進行定制化生產，所以市場上有成千上萬種型號，而正因為型號太多，工藝很難統一。方形電池在普通的電子產品上使用沒有問題，但對于需要多只串、并聯的工業設備產品，最好使用標準化生產的圓柱形鋰電池，這樣生產工藝有保證，以后也更容易找到可替換電池。
三、軟包鋰電池分析
軟包鋰電池所用的關鍵材料—正極材料、負極材料及隔膜—與傳統的鋼殼、鋁殼鋰電池之間的區別不大，最大的不同之處在于軟包裝材料(鋁塑復合膜)，這是軟包鋰電池中最關鍵、技術難度最高的材料。軟包裝材料通常分為三層，即外阻層(一般為尼龍BOPA或PET構成的外層保護層)、阻透層(中間層鋁箔)和內層(多功能高阻隔層)。
軟包電池的包裝材料和結構使其擁有一系列優勢：
安全性能較好，軟包電池在結構上采用鋁塑膜包裝，發生安全問題時，軟包電池一般會鼓氣裂開，而不像鋼殼或鋁殼電芯那樣發生爆炸;
重量相對輕，軟包電池重量較同等容量的鋼殼鋰電池輕40%，較鋁殼鋰電池輕20%;內阻小，軟包電池的內阻較鋰電池小，可以極大的降低電池的自耗電;
循環性能好，軟包電池的循環壽命更長，100次循環衰減比鋁殼少4%～7%;
設計比較靈活，外形可變任意形狀，可以更薄，可根據客戶的需求定制，開發新的電芯型號。
不足之處為一致性較差，成本較高，容易發生漏液。成本高可通過規模化生產解決，漏液則可以通過提升鋁塑膜質量來解決。
四、圓形方形電池技術特性對比
1.電池形狀方面：方形鋰電池可以任意大小，所以是圓柱電池不能比的。
2.倍率特性方面：圓柱形鋰電池焊接多極耳的工藝限制，所以倍率特性稍差于方形多極耳方案
3.放電平臺方面：采用相同的正極材料、負極材料、電解液所以理論上放電平臺是一致的，但是方形電池內阻稍占優勢，所以放電平臺稍微高一點。
4.產品質量方面：圓柱鋰電池工藝非常成熟，極片公有二次分切缺陷機率低，且卷繞工藝較疊片工藝成熟度及自動化程度都要高疊片工藝目前還在采用半手工方式，所以對于電池的品質存在不利影響。
5.極耳焊接方面：圓柱鋰電池極耳較方形鋰電池更易焊接，方形電池易產生虛焊影響電池品質。
6.PACK成組方面：圓形電池相對具有更易用特點，所以PACK方案簡單，散熱效果好，方形電池PACK時要解決好散熱的問題。
7.結構特點方面：方形電池邊角處化學活性能較差，長期使用電池性能下降較為明顯。
總之，無論圓柱、方形還是軟包電池，目前之所以都能快速發展，是因為它們在各自擅長的應用領域，都得到了很好的應用。國內動力電池廠家都在預言方形會成為動力電池的主流，但是以Tesla為代表的圓柱動力電池應用廠家，在技術上不斷創新，整車電池能量密度不斷提升，電池性能表達更卓越。
(責任編輯：子蕊)
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