目前市面上電池包括以下(xià)三種,從形狀上來(lái)區(qū)分(fēn),分(fēn)别是:圓柱電池、方形電池、軟包電池。
(圓柱形電池形似日常生活中的(de)5号電池)
(方形電池由方形鋁合金外殼加固并包裹)
(軟包電池由鋁塑複合膜作爲封裝材料)
簡單理(lǐ)解:這(zhè)三類電池主要是在外形上做(zuò)區(qū)分(fēn)。以目前市面上主流新能源電車爲例,特斯拉公司旗下(xià)的(de)所有新能源電車都是采用(yòng)的(de)圓柱18650電池,對(duì)比國産車型,目前隻有零跑、江淮、奇瑞這(zhè)類的(de)小型汽車使用(yòng)和(hé)特斯拉一樣的(de)圓柱電池;而未來(lái)全系列、比亞迪等國産車型大(dà)多(duō)數使用(yòng)的(de)仍然是方形電池;奧迪e-tron、奔馳EQC還(hái)有保時(shí)捷Taycan則使用(yòng)的(de)是軟包電池。
接下(xià)來(lái)給大(dà)家介紹,三種電池的(de)類比情況
優點:技術成熟成本較低、穩定耐用(yòng)、單體一緻性好缺點:能量密度的(de)上升空間小、對(duì)電池管理(lǐ)系統的(de)要求高(gāo)常見的(de)圓柱形18650電池分(fēn)别爲:磷酸鐵锂電池、锂離子電池。磷酸鐵锂電池标稱電壓爲 3.2V,充電截止電壓爲 3.6V;锂離子電池标稱電壓爲 3.7V,充電截止電壓爲 4.2V,磷酸鐵锂電池标稱電壓爲 3.2V;容量通(tōng)常爲 1200mAh-3350mAh,常見容量是 2200mAh-2600mAh。
圓柱電池的(de)内部結構可(kě)以比喻一個(gè)豆皮卷、千張卷盤踞在外殼之内。它還(hái)有很多(duō)的(de)種類型号,比如常見的(de)有 14650、17490、18650、21700、26650 等,我們以 18650 舉例說明(míng),18 指的(de)是電芯直徑爲 18mm,65 則爲高(gāo)度 65mm,0 則代表著(zhe)其圓柱形狀,其他(tā)以此類推。而自從18650 換裝 21700 後,電池的(de)能量密度提升了(le)将近近 20%,成本更是低于 18650,那麽造更大(dà)的(de)圓柱電池不就可(kě)以了(le)?
其實,電池容量每上升 10%,電池的(de)循環壽命就會降低 20%。因爲18650 電池以及 21700 電芯的(de)充電電壓峰值是 4.2V。就一般的(de)方塊電池來(lái)說普遍是在 3.9V 左右。電池充電電壓每降低 0.10V,它的(de)循環充電壽命可(kě)以增加一倍。按以上兩種圓形電芯說明(míng),它的(de)單體循環次數是 300-500 次,而方塊電芯則更長(cháng),磷酸鐵锂的(de)電池充電電壓是在 3.6V-3.8V。而電池容量的(de)增加,充放電倍率會下(xià)降 30%-40%,電芯溫度反之則會上升 20%,這(zhè)就說明(míng)需要更強的(de)電池管理(lǐ)系統來(lái)對(duì)電池進行有效控制。
優點:強度高(gāo)、内阻小、壽命長(cháng)、空間利用(yòng)率高(gāo)
缺點:廠商需求不一樣,規格多(duō)且難統一
方形電池是目前電池領域裏應用(yòng)最廣泛的(de),國内目前主流的(de)汽車廠商如:吉利、蔚來(lái)等一系列新能源汽車都是采用(yòng)的(de)方形電池。
方形電池一般爲鋁殼或者鋼殼爲主,國内電池廠商基本多(duō)爲采用(yòng)電池密度更高(gāo)的(de)方形鋁殼電池爲主要,很大(dà)一部分(fēn)原因是因爲方形電池的(de)結構相對(duì)來(lái)說較爲簡單,不像圓柱電池采用(yòng)不鏽鋼作爲電池殼體以及防爆閥等附件,所以重量上與之圓形電池對(duì)比,方形動力電池更輕、能量密度更高(gāo)。其結構強度高(gāo)、忍受機械載荷能力好,電池内阻小,壽命長(cháng)、組成後的(de)能量密度下(xià)降小,空間利用(yòng)率高(gāo)。
(蔚來(lái)汽車模塊化(huà)靈活裁剪電池容量專利申報圖)
電動汽車采用(yòng)的(de)方形電芯也(yě)各有不同,方形電池因爲要應對(duì)不同空間的(de)利用(yòng),就要根據不同的(de)需求進行定制化(huà)生産。但靈活性高(gāo)的(de)背後是标準化(huà)程度低,工藝很難達到統一。缺點:成本高(gāo),需要額外防護防止電池受損和(hé)熱(rè)失控,更容易因爲膨脹産生内應力、膨脹力,導緻電池内部的(de)結構都會發生改變。軟包電池在汽車市場(chǎng)的(de)應用(yòng),嚴格來(lái)講其實并不多(duō),但我們在日常生活中,它的(de)出現并不陌生。比如手機内置電池就是采用(yòng)的(de)“軟包電池”,但在3C數碼上,更多(duō)稱呼它爲“聚合物(wù)電池”。軟包電池的(de)優勢與劣勢都非常明(míng)顯,因爲軟包的(de)電池的(de)形狀是可(kě)以靈活設計的(de),所以統一型号的(de)現有軟包電池的(de)數量實在不多(duō),另外研發及生産軟包電池的(de)成本在三類電池種類中屬于最高(gāo)。
軟包锂電池是液态锂電池之上,套上了(le)一層聚合物(wù)的(de)外殼,跟其它電池最根本的(de)不同之處在于它的(de)軟包裝材料(鋁塑複合膜),這(zhè)也(yě)是軟包锂電池最關鍵以及技術難度最高(gāo)的(de)材料,這(zhè)就是爲什(shén)麽國内電池廠商一直沒有大(dà)幅度使用(yòng)軟包電池的(de)原因之一。軟包電池采用(yòng)熱(rè)封裝的(de)原因是其使用(yòng)了(le)鋁塑包裝膜材料,通(tōng)常分(fēn)爲三層,即外阻層(一般爲尼龍 BOPA 或 PET 構成的(de)外層保護層)、阻透層(中間層鋁箔)和(hé)内層(多(duō)功能高(gāo)阻隔層)。
鋁塑複合膜外觀及内部結構示意圖
經過或卷繞或疊加這(zhè)兩種不同的(de)結構工藝完成内部組織的(de)生産之後,電池走了(le)三條不同道路:圓柱、方形和(hé)軟包。雖然本質上三種路線的(de)電化(huà)學原理(lǐ)都一樣,材料組成也(yě)基本相同,但就是這(zhè)不同的(de)封裝形式和(hé)形狀特征,決定了(le)三類電池生産廠商迥然的(de)道路。目前國内市場(chǎng),方形鋁殼占絕對(duì)優勢,主要原因爲 CATL 和(hé)比亞迪等龍頭企業的(de)頭部效應;國内的(de)圓柱和(hé)軟包電池企業技術發展相對(duì)滞後。
目前,主流的(de)電池封裝技術主要有方形電池、圓形電池以及軟包電池三類。動力電池的(de)安全性和(hé)使用(yòng)壽命都受其封裝工藝的(de)影(yǐng)響,不同的(de)封裝技術都具有不同的(de)技術壁壘。封裝工藝設計除需滿足耐撞擊振動和(hé)擠壓穿刺的(de)物(wù)理(lǐ)沖擊外,也(yě)需滿足防火阻燃等化(huà)學性能要求。
在軟包封裝需求特殊、圓柱電池發展滞後的(de)背景下(xià),方形電池仍将繼續主導市場(chǎng)。對(duì)汽車企業而言,電池的(de)安全要求是一個(gè)複合因素,受多(duō)方面影(yǐng)響。這(zhè)些因素包括電池性能的(de)差異、車輛使用(yòng)環境、安全标準、法規以及車企技術能力等。每家廠商在方形電池規格和(hé)防爆需求方面都有所不同,具體數值會根據電池類型和(hé)設計要求有所調整,導緻防爆片的(de)種類選擇也(yě)各異。随著(zhe)技術的(de)不斷進步和(hé)安全意識的(de)提高(gāo),對(duì)電池安全的(de)重視将成爲汽車制造業發展的(de)重要方向 。因此,在選擇合适的(de)防爆片解決方案時(shí),需要根據實際情況和(hé)需求做(zuò)出理(lǐ)性的(de)判斷,以确保電池系統的(de)安全性和(hé)可(kě)靠性。
(禾聚精密電池防爆片類型圖)
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