18650電池并不完美，未來(lái)是21700的天下？
來(lái)源：寶鄂實(shí)業(yè)
2019-04-06 14:21
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七月底，特斯拉發(fā)布旗下第四款車型Model 3，新車根據(jù)續(xù)航里程有354公里和499公里兩款，以后可能會(huì)有高性能版本。其中售價(jià)最低3.5萬(wàn)美元，使Model 3成為特斯拉至今為止價(jià)格最親民的車型。
值得注意的是，能讓特斯拉推出如此平民級(jí)電動(dòng)車的關(guān)鍵，在于其使用了加粗加長(zhǎng)的升級(jí)版電池——21700電池。
與18650電池一樣，特斯拉21700電池也是圓柱形鋰電池中的一種。其中“21”指電池直徑為21mm，“70”指高度為70mm，“0”代表圓柱體型的電池。
特斯拉取得初步領(lǐng)先
特斯拉推出21700電池并非是想引領(lǐng)技術(shù)方向，實(shí)際是迫于成本壓力。
在Model 3項(xiàng)目成立之初，馬斯克就給這款車定了3.5萬(wàn)美金的售價(jià)，但如果還是采用原來(lái)的18650電池，就會(huì)產(chǎn)生兩種結(jié)果，要么保證續(xù)航超出定價(jià)，要么保證定價(jià)降低續(xù)航能力，對(duì)于“挑剔”的馬斯克來(lái)說(shuō)都很難接受。所以問(wèn)題在于，有沒有一種電池在保證續(xù)航的同時(shí)降低成本，答案就是21700電池。
雖然18650電池為特斯拉崛起立下汗馬功勞，但馬斯克本人對(duì)它一直抱著懷疑態(tài)度，針對(duì)21700與18650電池，馬斯克在社交媒體表示：18650電池的出現(xiàn)完全是一場(chǎng)歷史事故，它是早期產(chǎn)品的標(biāo)準(zhǔn)，現(xiàn)在只有21700電池才能滿足電動(dòng)汽車對(duì)電池性能的要求。
為什么是21700電池？行業(yè)分析人士認(rèn)為：21700型電池能量密度比我們熟知的18650型電池更高，而且成組之后成本反而會(huì)降低。選擇21700，不是它的絕對(duì)性能優(yōu)于其他型號(hào)，是物理性與經(jīng)濟(jì)性綜合均衡的結(jié)果。
今年初，特斯拉正式宣布與松下聯(lián)合研發(fā)的新型21700電池開始小批量生產(chǎn)，年底將在千兆工廠大規(guī)模投產(chǎn)供應(yīng)Model 3。
據(jù)悉，這套21700型電池系統(tǒng)的能量密度在300Wh/kg左右，比原來(lái)Model S使用的18650電池能量密度提升20%以上，單體容量提升35%，系統(tǒng)成本卻降低10%左右。馬斯克表示：這套21700電池是目前可量產(chǎn)電池中能量密度最高且成本最低的電池。
優(yōu)勢(shì)明顯，但缺點(diǎn)值得警惕
21700電池有三大優(yōu)點(diǎn)。單體與成組能量密度都大為提高，以特斯拉生產(chǎn)的21700電池為例，從18650型號(hào)切換至21700型號(hào)后，電池單體電池容量可以達(dá)到3~4.8Ah，大幅提升35%，成組后能量密度依然提升20%。
由于單體能量密度更高，所以同等能量下所需電池單體的數(shù)量可減少約1/3，在降低系統(tǒng)管理難度的同時(shí)也將減少電池包采用的金屬結(jié)構(gòu)件及電氣配件的數(shù)量。特斯拉18650電池系統(tǒng)成本約為171美元/Wh，改用21700后，預(yù)計(jì)系統(tǒng)成本約能實(shí)現(xiàn)9%左右的降幅，達(dá)到155美元/Wh。
由于降低了單體使用數(shù)量，再加上其它配件使用量降低，在保證同等容量前提下，動(dòng)力電池系統(tǒng)重量得到本質(zhì)優(yōu)化。三星SDI改用一套新型21700電池之后，發(fā)現(xiàn)系統(tǒng)相比目前的電池減少10%重量。
既然能將電芯尺寸做大，進(jìn)而提高電芯容量，那為什么不采用尺寸與容量更大的電芯？
一般來(lái)說(shuō)，圓柱電芯的物理尺寸增加不止提升能量密度，同時(shí)會(huì)降低電芯循環(huán)壽命和倍率等性能。據(jù)測(cè)算，容量每提升10%，循環(huán)壽命大約會(huì)降低20%；充放電倍率降低30~40%；同時(shí)電芯會(huì)有20%左右的溫升。
如果持續(xù)增大尺寸，電芯安全性和適配性都會(huì)降低，無(wú)形之中增加新能源汽車安全隱患和設(shè)計(jì)難度，這就是為什么更大尺寸圓柱電池26500、32650等未能規(guī)?；紦?jù)主流市場(chǎng)的原因。
理論上，相比18650電池，21700電池壽命更短、同等容量充電時(shí)間更長(zhǎng)與安全性更低。對(duì)于電動(dòng)汽車來(lái)說(shuō)，安全永遠(yuǎn)是第一位的，為了避免大電池溫升過(guò)高出現(xiàn)火災(zāi)，電池散熱系統(tǒng)必須設(shè)計(jì)更加合理。
能否取代18650？
從國(guó)家對(duì)動(dòng)力鋰電池能量密度的指引目標(biāo)來(lái)看，2020年動(dòng)力電池單體能量密度要突破300Wh/kg，動(dòng)力電池系統(tǒng)能量密度達(dá)到260Wh/kg。目前做的最好的18650電池達(dá)不到這個(gè)技術(shù)要求，大部分國(guó)產(chǎn)電池的密度都在100~150Wh/kg之間。
在時(shí)間有限條件下，產(chǎn)品型號(hào)改進(jìn)遠(yuǎn)比材料進(jìn)步更加快速，所以通過(guò)增加體積來(lái)提高能量密度的21700電池勢(shì)必會(huì)成為企業(yè)重點(diǎn)考慮的對(duì)象。
