．圓柱型鋰離子電池在電動汽車上的應用與發展趨勢

How To Make a 3S 18650 Battery Pack | BMS | Lithium Battery Protection

來源：電動汽車資源網

無論對於小型圓柱電芯用於EV有多少爭議，18650由於高能量密度和高性價比，成為越來越多乘用車和物流車的重要選擇。18650的優點是成熟度高、一致性高、能量密度、成本、排布柔性高；缺點是數量多，pack難度高，品質控制點多。

而更大的單體電芯可以通過改變內部設計，大幅度提升壽命、倍率等，也讓Pack看起來更容易，但也同時會大幅降低能量密度(體積和重量)，降低了組裝時空間利用的靈活性，高能量密度的大尺寸電池，大多自動化程度低，製程等不良帶來的成本很高，一致性差，且一旦失效，後果可怕。

目前，圓柱電芯的優勢很大程度上，得益於尺寸標準化、產品成熟度與成本競爭力，與標準化一定是強相關；更大的圓柱26/32等一直未能成為主流；呼之欲出的新尺寸20 / 21，是市場自身多種因素的測算平衡和基於18650現有優勢的兼顧的選擇！

什麼類型的鋰電芯更適合？

單位體積容量與循環壽命、倍率、安全性是強相關因素：容量每提升10%，循環壽命大約會降低20%；容量每提升10%，充放電倍率降低30-40%；容量每提升10%，溫升大約會提高20%，且呈幾何級上升；能量密度越高，安全性風險越大。

18650用523+石墨體系，按新標準，1C做到2.4AH已到了設計的極限，更高能量密度的材料(NCA、811等)本身穩定性和製程控制，不是想象的那麼容易。所以，暫時還不太好用，但貴很多……

圓柱18650鋰離子電池發展面臨的諸多挑戰

電池能量密度要求不斷提高，提高了材料成本：

a. 新材料如NCA、矽碳等新材料供應鏈尚不成熟，成本高，供應難以穩定；

b. 新材料製程對環境要求高，固定資產投資高，能耗巨大；單體電池容量低，PACK成組技術要求和成本偏高；單體電芯最多適應正單、負雙極耳結構，而且對能量密度影響較為顯著；高曲率部分比率較大，循環壽命受到較大影響；高能量密度與高倍率充電同時要求時，設計空間已到極限。

更大直徑圓柱鋰離子電池將成為必然趨勢：20/21相對18是更好的選擇

同體積下，能量密度優勢：適當增加直徑和高度可以獲得更多的有效體積。

帶來的好處：
a.適當提高能量密度情況下，可以選擇常規材料，穩定、性價比高；

b.可以適當進行多極耳機構設計降低內阻；

c.同樣能量密度下，可以選擇快充特性石墨，改善快充性能；

d.高曲率部分比率降低，延長電芯循環壽命；

e.單體電芯容量增大，降低Pack成本。

多極耳結構設計：可以實現低內阻(ACIR或DCIR)。

低曲線率區域比率增加：循環壽命延長。

1.從上圖可以得到，21700在不同的型號中高曲率點，所佔的比例是最小的，20650適中，而18650最高。

2.當電池在循環過程中如出現惡化時，在曲率最大點開始，而21700由於其所佔的比例最小，故對循環性能的影響也是最小。

相同容量的PACK包，在相同安全距離設計下，20系列體積能量密度比最優，重量能量密度21最佳。

新標準來襲

為什麼20650/21700，而不是20700？

18650到新尺寸的過渡，大部分現有電池包可以在直徑上輕易切換，成本低速度快，而65-70的高度變化，會帶來現有電池包模具棄用的麻煩；利用自身市場優勢，20650中大倍率電池的量產已經超過一年半，培育了20650次級品市場並已經初具規模，可以更快實現垂直產業鏈層面的成本優勢。

給客戶提供更大單體(21700)和更少尺寸變化，但同時具備高的空間利用率(20650)兩種選擇。