鉅大LARGE | 點(diǎn)擊量:6835次 | 2021年06月24日
18650和21700電芯的全面對(duì)比
傳統(tǒng)的18650電池具有成熟的配套產(chǎn)業(yè)鏈,成本低廉,是一種理想的鋰離子電池,在消費(fèi)電子領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用。但是18650電池容量較小,在動(dòng)力電池領(lǐng)域應(yīng)用時(shí),往往需要上萬(wàn)只單體電池組合成為電池組,因此導(dǎo)致電池組的管理難度大幅上升,因此在特斯拉的帶領(lǐng)下,掀起了一場(chǎng)21700替換18650電池的風(fēng)暴。
相比于18650電池,21700電池的容量更高,減少了電池組內(nèi)單體電池的數(shù)量,降低了電池組的復(fù)雜程度,吸引了眾多的關(guān)注。近日,德國(guó)巴登-符騰堡州太陽(yáng)能與氫能研究中心的ThomasWaldmann(第一作者,通訊作者)等人從電性能、熱性能等方面對(duì)兩種電池進(jìn)行了全面的對(duì)比,研究表明21700電池在大電流充放電的過(guò)程中產(chǎn)熱更為明顯,因此電池的極化相應(yīng)較小,同時(shí)由于外殼等非活性物質(zhì)占比降低,因此能量密度可以提升6%左右。
為了能夠更為準(zhǔn)確的對(duì)兩種電池進(jìn)行對(duì)比,作者采用相同配方的電極、隔膜和電解液制備了18650和21700兩種電池,兩種電池的配方設(shè)計(jì)如下表所示,因此兩種電池的主要區(qū)別來(lái)自于尺寸方面。實(shí)驗(yàn)中為了獲取電池內(nèi)部的溫度信息,作者在電池內(nèi)部的中間位置植入了一個(gè)K型的熱電偶。
雖然21700和18650電池理論上直徑分別為21mm和18mm,但是實(shí)際上為了能夠卷繞更多的電極,提升電池的容量和能量密度,因此通常能量型的電池的直徑都要略大于理論值,例如作者測(cè)量的某款能量型21700電池外徑實(shí)際是21.15mm左右。因此在下圖a中作者分析殼體外徑增加50-400um時(shí),電池增加的卷繞長(zhǎng)度,從圖中能夠看到在極片+隔膜總厚度為200um時(shí),殼體直徑增加400um時(shí),電極額外增加的卷繞的長(zhǎng)度可以達(dá)到1圈。
ThomasWaldmann的研究表明由于結(jié)構(gòu)上的區(qū)別會(huì)導(dǎo)致兩種電池在電性能和熱特性上的區(qū)別,例如由于放電過(guò)程中21700電池?zé)嵝?yīng)更為明顯,因此21700電池在倍率測(cè)試中極化更小。21700電池能夠卷入更多的電極,因此外殼等非活性零部件的重量占比顯著降低,因此電池的能量密度相比于18650電池提升6%。
充電溫度:0~45℃
-放電溫度:-40~+55℃
-40℃最大放電倍率:1C
-40℃ 0.5放電容量保持率≥70%
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