Tesila的Model3電池系統(tǒng)帶火了21700

特斯拉Model3全面啟用21700三元鋰電池，開啟了一個圓柱電池提升容量的新階段。特斯拉Model3的21700型電池系統(tǒng)，能量密度在300Wh/kg左右，比原來ModelS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)成本降低9%左右。

21700相關廠家和車型

目前國際上能夠批量生產(chǎn)21700電池的企業(yè)屈指可數(shù)，除了松下和特斯拉聯(lián)合研發(fā)的21700電池量產(chǎn)外，先前三星SDI也曾展示相關21700產(chǎn)品，據(jù)了解該產(chǎn)品還沒有進行批量生產(chǎn)。

國內(nèi)21700廠家，新聞資料顯示著手21700的廠家有比克，力神，億緯鋰能，天鵬電源，遠東福斯特，猛獅新能等。

隨著南京金龍和北汽的兩款產(chǎn)品公示，8月16日，國家工信部發(fā)布《道路機動車輛生產(chǎn)企業(yè)及產(chǎn)品公告》(第299批)的車輛新產(chǎn)品公示。其中，由南京金龍客車制造有限公司和北汽(常州)汽車有限公司生產(chǎn)的兩款純電動廂式運輸車(型號為NJL5040XXYBEV25和BJ5040XXYCJ06EV)，率先搭載了21700三元鋰離子電池。

從18650到21700，怎么看待升容這件事?

自從網(wǎng)上看到這幅圖，就總想找機會把它放到文章里，原因無他，圖中關于提升比能量的總結可以說很全面了。沿著圖中的思路，如果從化學方法提高電芯比能量，18650前途并不光明。

18650鋰離子電池發(fā)展面臨的挑戰(zhàn)，面對當前人們不斷提高比能量的現(xiàn)狀，如果維持外形尺寸不變，又要提高能量密度，18650面臨諸多挑戰(zhàn)：

1)新材料如NCA、硅碳等新材料供應鏈尚不成熟，成本高，供應難以穩(wěn)定，比如更高能量密度的材料811，本身穩(wěn)定性和制程控制距離量產(chǎn)有段差距，結果就是短期內(nèi)811的18650貴很多，性能卻差不少;

2)新材料制程對環(huán)境要求高，固定資產(chǎn)投資高，能耗巨大;

3)單體電池容量低，PACK成組技術要求和成本偏高;

4)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;

5)高能量密度與高倍率充電同時要求時，設計空間很小，18650用523+石墨體系，按新國標，1C做到2.4AH已到了設計的極限。

更大直徑圓柱鋰離子電池將成為必然趨勢，更大尺寸電芯與18650在極耳設計和卷繞曲率兩個角度進行對比，大尺寸電芯顯示出明顯優(yōu)勢。

總結下來，尺寸從18650提高到21700，獲得好處如下：

1)適當提高能量密度情況下，可以選擇常規(guī)材料，性能穩(wěn)定、性價比高;

2)可以適當進行多極耳機構設計，降低內(nèi)阻;

3)同樣能量密度下，可以選擇快充特性石墨，改善快充性能;

4)適當增加直徑和高度可以獲得更多的有效體積。

5)單體電芯容量增大，輔助構件比例降低，降低Pack成本。

而工信部新頒布的國家標準《GB/T34013-2017電動汽車用動力蓄電池產(chǎn)品規(guī)格尺寸》之中，把原來征求意見稿中只有18650和32650修改成了囊括21700在內(nèi)的4個規(guī)格，也算作21700的一個重大利好了。

然而，提升容量的路徑與小單體等價于安全性高的早期觀點有沖突。小型鋰離子電池(<3Ah)及電池模組(<150Ah)的熱安全性已經(jīng)有很多較為成熟的方法進行防控，比如加入PTC、引入電流中斷機制或壓力傳感器等。而大型鋰離子單體電池(>6Ah)或模組(>200Ah)的安全性控制問題仍然存在挑戰(zhàn)。大型動力鋰離子電池相比于小型電池，由于其本身所含能量較高，當出現(xiàn)熱安全性問題時，所帶來的后果會更為嚴重;由于電池體積的增大，造成電池比表面積的減小進而使得電池單位體積散熱面積的降低。電池內(nèi)部溫度的不一致性也會隨著鋰離子電池的大型化和成組化而出現(xiàn)，這種電池單體之間的溫度差異會使得電池熱失控風險增加，進而導致電池出現(xiàn)一系列問題。

一般認為，如果廠家掌握更為先進的安全管理技術，可以讓風險停留在自身系統(tǒng)的可控范圍內(nèi)，就可以對沖掉電池單體帶來的風險。反過來也可以說，使用更大容量的電芯去構建系統(tǒng)，理論上是以單體設計和電池pack設計風險管理技術水平的提高為前提的。

容量提升帶來的風險和收益，是業(yè)內(nèi)的顯知識，主機廠是否全面接受，愿意為它讓渡一定的安全性，是21700進一步發(fā)展的關鍵一環(huán)，個人覺得，這個需要很長一段時間。而生產(chǎn)21700所需要的設備的調(diào)整和更新，則受到設備供應商觀點的影響。

圓柱電池的優(yōu)勢大部分的來自于其規(guī)?；?，在21700真正規(guī)模起來之前，還有B級產(chǎn)品處置問題，這種無法降級使用的尺寸，也是對廠家決心和資金實力的考驗。

單從技術積累角度看，18650被企業(yè)和學術單位研究多年，有很多公開數(shù)據(jù)和資料，比如熱管理模型，比如熱失控預測等等。對于自身研發(fā)能力還不完善的小企業(yè)來講，也算是一種資源。而21700卻相對空白的多。

對于21700在未來的發(fā)展，利好不少，利空也可以隨手羅列。但這都是圓柱電池內(nèi)部比較。如果再考慮方形電池和軟包電池的競爭，21700的大發(fā)展可能并不會很快到來。