鉅大LARGE | 點擊量:1886次 | 2020年11月03日
18650鋰離子電池的優缺點詳解
18650是指電池的外形規格,是SONY公司當年為了節省成本而定下的一種標準電池型號,其中18表示直徑為18mm、65表示長度為65mm,0表示為圓柱形。
18650電池原指鎳氫電池和鋰離子電池,由于鎳氫電池現在用得較少,所以現在多指鋰離子電池。18650鋰離子電池單節標稱電壓一般為3.6V或3.7V;最小放電終止電壓一般為2.5~2.75V。常見容量為1200~3300mAh。
1、有關一致性
18650電池是最成熟、最穩定的鋰離子電池,廣泛應用在電子產品中。多年來,日本廠商在18650電池的生產工藝上積累了大量的相關經驗,使得產出的18650電池的一致性、安全性都達到了非常高的水準。
相比之下,層疊式鋰離子電池遠遠沒有成熟。常見的有方形電池、軟包電池,甚至連尺寸、大小、極耳位置等都不統一。電池廠商所具備的生產工藝也不能滿足條件,大多數以人為控制為主,電池的一致性達不到18650電池的水準。假如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電芯可以解決這一問題。
總結來說,18650電池的單體容量小,所需的單體數量會很多(ModelS有7104只),但是一致性很好;層疊式電池的容量可以做得較大(20Ah~60Ah),單體數量可以降低,但是一致性差。相比之下,現階段很難投入大量的人力物力與電池供應商一起去改善層疊式電池的生產工藝。因此,在研發Roadster和ModelS的時候,Tesla的唯一選擇是從市場上去購買電池,自行開發電池系統。開發一套管理6000多節單體一致性很好的電池系統與開發一套200多節一致性很差的電池系統,相比之下,前者的技術難度應該更低一些。即使單體電池數目增多,但是假如這些電池的性能是可靠的,管理起來還是容易一些。微信公眾號:深圳LED商會
比較另一款比較成功的純電動汽車,日產的LEAF,它采用的是層疊式鋰離子電池。這是因為日產與NEC合作多年,電池技術方面的積累很深厚,在品質控制方面有相當的功力。LEAF的電池來自AESC--日產與NEC的合資公司。
2、有關散熱能力
層疊式電池的厚度薄、表面大,均熱、散熱能力都不錯,因此日產LEAF很大膽地采用了被動式熱管理系統(其實就是不管理),由空氣的自然對流將熱量帶走。LEAF從單體,到四節單體電池兩并兩串組成的電池模塊,再到由48個電池模塊串聯組成的電池組上沒有任何風扇、冷卻液管道等熱管理系統。
反過來看特斯拉,18650電池的個頭比較小,在正常充放電時單體電池內部的溫差也不會太大。但是,6000多個單體電池的溫差也應當保持在不超過5℃的范圍內,這是一件非常困難的事情。但特斯拉做到了,怎么做到的?特斯拉的電池管理系統(BMS)相比其他電動汽車有什么優勢?
如上圖,這些管道是冷卻液的流道,流道均勻分布在電池模組中間,能讓每只電芯能很好地跟水管接觸,這樣每只電芯在冷卻時帶走的熱量也幾乎相同,溫差也就可以有效地控制在很小的范圍內。
總結來說,由于采用了小容量的18650電池,特斯拉的熱管理系統的復雜度是大大新增了。也就是說,假如僅從散熱能力方面考慮,使用小容量的18650電池不是最優選擇。
3、有關能量密度
談到能量密度,我們要先區分單體電池的能量密度與電池組的能量密度。
就單體電池的能量密度來看,18650電池要高于層疊式鋰離子電池。日產LEAF所用的33Ah鋰離子電池的能量密度是157Wh/kg、GMVolt所用的層疊式電池的能量密度約為150Wh/kg,而Roadster所用的18650電池的能量密度約為211Wh/kg。
但是,18650電池的管理系統更加復雜,由此額外新增的重量會使得電池組的能量密度遠低于單體的能量密度。Roadster的電池組重量是450kg,能量密度是118Wh/kg,而LEAF電池組的重量是225kg,能量密度是107Wh/kg。在電池組方面,兩者的能量密度不相上下。