详情

来源：市集资讯尊龙凯时(中国)官方网站

（来源：广东电板）

【选录】 锂离子电板是现阶段新能源汽车中应用最野蛮的电板。以系统梳理圆柱形锂离子电芯磋磨近况为绸缪，叙述了圆柱形电芯的结构特质和坐蓐工艺旨趣，对比分析出圆柱形电芯具有一致性好、安全性高、本钱低的优点，叙述了小圆柱电芯的发展历程和大圆柱电芯的发展和应用近况，并对其异日发展趋势进行了预测，以期为新能源汽车电板手艺的合手续龙套提供参考。

枢纽词：新能源汽车；圆柱电芯；电芯结构；电板坐蓐工艺；应用近况

0 小引

连年来，国度和产业界已将电动汽车手艺磋磨和恶果鼎新建造为中枢发展要点，旨在加快汽车工业转型升级进度[1-2]。能源电板从早期的铅酸蓄电板、镍镉电板、镍氢电板，冉冉演进至现时主导市集的锂离子电板以及异日有望上市应用的钠离子电板。受限于手艺进修度，能源电板手艺在发展初期并未得到野蛮眷注，但跟着国度策略的歪斜和扶合手，汽车电动化已经成为我国乃至行家汽车发展的主要场所[3-5]。

与传统的铅酸、镍镉和镍氢电板比较，锂离子电板具有能量密度高、安全性好以及寿命长的优点，是现在电动汽车规模应用最野蛮的能源电板[6]。从化学体系分析，三元锂和磷酸铁锂是现时能源电板电芯材料的2 个主流场所[7]。其中，三元锂的能量密度更高，但使用寿命和安全性较差。而磷酸铁锂寿命更长、安全性更强，但其在能量密度方面略有不及。因此，异日研发的要点在于通过矫正正、负极材料和电解液，更灵验地平衡能量密度与安全性能之间的固有矛盾。按封装面孔不同，可将锂离子电芯分为圆柱形、方形和软包3 种类型。圆柱电芯因其尺寸尺度化程度高，具备坐蓐效率高、本钱低的上风，是现在工艺最为进修的封装面孔，永恒被特斯拉等主流车企禁受[8]。

本文聚焦于圆柱形锂离子电芯，叙述了其结构和工艺特质，系统分析了电动汽车用圆柱形电芯的发展历程及应用近况，并对异日发展趋势进行预测。

1 圆柱形电芯结构与工艺

圆柱形锂离子电芯的结构通常包括正极、负极、隔阂、电解液4 种主材，以及外壳、盖帽、垫片、安全阀等辅材。其中，盖帽为电芯正极，外壳为电芯负极，一般禁受镀镍钢板材质，其结构如图1所示[9]。

注：正温度整个效应（Posive Temperature Coefficient，PTC）

圆柱电芯的坐蓐工序，可分为极片制备工段、电芯安装工段和注液后工段[10]，如图2所示。

极片制备主要包括匀浆、涂布、辊压、分切和制片5个工序。在匀浆工序，通过搅动的面孔将电极材料、导电剂等物料充分混杂，得到均匀踏实分袂的浆料[11]。随后进入涂布工序，将浆料涂覆在正极或负极集流体上，再通过加热烘干溶剂得到极片。极片涂布的质料与开辟选拔和集流体材料有关。通过逼迫涂布开辟的喷嘴宽窄、风量大小以及温度散布，结合名义情景不雅察和面密度测试监控涂布情景，不错保证极片干燥充分、无龟裂卷曲，得到质料较好的极片[12]。在集流体材料方面，传统的铝箔、铜箔在本色坐蓐中易产生掉粉的景象，为了改善该问题，涂炭箔、腐蚀箔等材料冉冉插足市集应用，有助于改善电芯的安全性和功恣意情[13]。涂布完成后，极片通过辊压机压实逼迫极片厚度，确保辊压后的极片安妥工艺参数要求。接下来禁受分条机将极片裁切成单电芯需要的宽度，除极片尺寸外，需要要点管控裁切后极片边际的毛刺大小，通常需小于20 μm[14]。临了，在制片机上焊合极耳，粘贴绝缘胶包覆走漏的极耳和集流体，完成极片的制备职责。

在电芯安装工段，卷绕是将正负极极片与隔阂拼装成圆柱形卷芯的中枢工序，对电芯的安全性和电性能具有较大影响。卷绕对工艺精度的要求较高，需保证隔阂完满包覆负极极片，负极完满包覆正极极片，不然极易使正负极战役形成电芯里面短路，带来安全隐患。卷芯入壳后，通过底焊将负极耳与钢壳衔接，此时钢壳带负电，再通过滚槽对壳内卷芯进行限位，此进程需严格把控滚槽高度，不行摧折卷芯[15]。随后经过烘烤、注入电解液和焊端盖工段，进入电芯安装的封口工段。封口是将外壳和盖板密封，使电芯里面形成一个完满密闭的电化学系统，在该工段需要保证工艺踏实以得到密封性完好意思可靠的电芯。

电芯安装完成后，对电板进行清洗，猬缩外壳名义残留的电解液，防患腐蚀钢壳。为了使坐蓐的电芯不错宽泛充、放电，需要进行化成工序，激活电芯电性能。通过选拔合适的化成电流、电压和温度等，不错灵验优化和提高电芯性能[16]。临了通过老化和分选等工序筛选出压降、内阻和容量均及格的电芯居品。

在化学体系和材料疏通的前提下，与方形和软包电芯比较，圆柱电芯的坐蓐工艺进修度更高，具有居品一致性高、安全性强和本钱低的优点。

（1）居品一致性高。现时市面上方形和软包电芯的尺寸具备各样化的特质，电压容量等参数不长入且定制化居品居多，导致不同厂家坐蓐电芯的工艺存在较着互异。而圆柱电芯的电芯尺寸固定，在居品手艺和坐蓐工艺方面均比较进修，不错确保居品具有较高的良品率。在化学体系疏通的要求下，圆柱电芯具有更高的结构一致性，有意于电板组的料理和电板性能的施展。同期，将其应用于能源电板，有助于栽培整车温度一致性与安全性[17]。

（2）安全性强。圆柱电芯的外壳材质一般为钢壳，硬度较高，在受到外界碰撞的情况下，不错在一定程度上保护电芯里面材料不被摧折，安全性更好，而方形和软包电芯通常禁受铝壳或铝塑膜封装，铝材质的机械强度差，容易发生龙套，更易导致安全事故的发生[18]。另外，由于圆柱电芯的尺寸较小，可将每个电芯的能量逼迫在较小的范围内。与大尺寸的电芯比较，即使电板组的某个电芯发生故障，也能诽谤故障带来的影响[19]。跟着圆柱电芯坐蓐工艺水平的栽培和发展，其安全性能也在不断提高。

（3）本钱低。圆柱电芯居品在结构假想、坐蓐制造工艺、制造开辟和成组手艺方面均具有较高进修度，故其运行本钱和蜕变本钱较低[20]。除此除外，由于其坐蓐范畴大且坐蓐效率高，也灵验诽谤了坐蓐本钱。

在性能方面，方形和软包电芯在边角处化学物资的活性较差，永恒轮回使用对性能影响较大，而圆柱电芯因其中心向外部各场所的距离疏通是以不存在该问题，且散热效果更好。表1列出了圆柱电芯、方形电芯和软包电芯的特质。

表1 3种结构电芯特质

现在，按照电芯尺寸，可将市面上常见的圆柱电芯分为小圆柱和大圆柱。典型的小圆柱电芯包括18650 电芯和21700 电芯（图3），其称号的前2 位数字代表电芯直径，后2 位数字指电芯高度，临了一位“0”指代圆柱电板（如有）。大圆柱电芯以46 系列的4680电芯为代表（图3），另外还包括34系列的34110电芯、34120电芯以及40系列的40135电芯等。圆柱电芯呈现出大尺寸化的趋势，且跟着结构和材料的立异性发展，电芯性能得到了显耀栽培，接下来本文将对圆柱电芯的发展历程和应用近况进行分析。

2 小圆柱电芯发展历程

2.1 18650电芯

18650 电芯于1994 年发源于日本索尼公司，发展于今，其居品安全性、一致性和坐蓐工艺均达到了较高水准，被野蛮应用于数码居品规模。

特斯拉是最早使用18650圆柱电芯的电动汽车品牌，2008 年上市的Roadster 是特斯拉第一款量产使用锂电板的纯电动汽车，其搭载的电板包由松下公司坐蓐的6 831节18650圆柱形电芯构成，串并联面孔为每69节并联为一组，每9组串联为一层，最终串联堆叠成11 层。Roadster 电板电量为53 kWh，单次充电的行驶里程杰出320 km，最高车速能达到201 km/h，效率高达92%，在续驶里程、效率以及性能等方面均推崇出色[21]。

跟着电动汽车的繁茂发展，18650 电芯受到新能源电动汽车主机厂野蛮眷注，从2019年起被越来越多的汽车品牌用作能源电板。2019 年亮相的零跑LPS01禁受比克坐蓐的18650-2.75 Ah 电芯，整包电量为36 kWh，最大续驶里程可达到360 km，在快充模式下充电48 分钟电量可达80%以上。2020 年的小鹏G3 400 禁受联动天翼坐蓐的18650 圆柱电板包，整包电板组电量为50.5 kWh，新欧洲驾驶轮回（New European Driving Cycle，NEDC）续驶里程达到401 km。Tesla禁受圆柱电芯看成能源电板，旗下多款车型搭载18650 电板包[22]。Model S 禁受7104 节产自松下的18650 圆柱电芯，电板组电量达到了85 kWh，整车续航提高至500 km。2019 款Model X 一样搭载松下18650 电板包，整包容量为100 kWh，百公里加快时刻为4.6 s，续驶里程为575 km。

18650 电芯尺寸较小，通常需要上千颗电芯成组才气完了纯电乘用车百公里续航，成组效率较低。现在已逐步转向双轮电动车、电动用具、出动电源市集发展。异日，随入手艺的逾越和新材料的应用，18650电芯有望在这些规模不时保合手竞争力，并冉冉拓展到更多应用场景。

2.2 21700电芯

跟着连年来能源电板的快速发展，用户对电板的容量、充电耗时、能量密度等性能建议了更高的要求。尽管18650 电芯的手艺进修，但受限于自躯壳积，容量栽培的空间较小，应用长进受到限度，且暴暴露成组复杂、产热量高以及无法快充的问题。基于此，圆柱形电板开动向大型化发展，21700 电芯应时而生。2017 年1 月4 日，特斯拉秘书与日本松下勾搭开发的新式21700 圆柱电板开动量产，21700 电板尺寸为直径21 mm、长度70 mm、质料约为68 g、容量为4～5 Ah。该电芯大略在体积和容量之间取得更好平衡，从而取代小尺寸的18650 电芯[23]。21700 电芯不仅保合手了18650 电芯的高可靠性和踏实性，且在其他方面也有较大栽培，如电芯容量栽培35%，能量密度栽培约20%[24]。另外，由于电芯体积增大、容量栽培，达到疏通能量所需的电芯数目可减少约1/3，在诽谤电板系统料理难度的同期减少了电板包结构件和电气衔接件的数目，提高电板里面空间的灵验运用率，从而使得电板包质料下落约10%操纵，本钱下落约9%[25-26]。

连年国表里电板企业积极布局21700 电板，外洋圆柱电芯坐蓐企业主要包括松下和三星，国内闻明的代表厂商主要包括比克电板、亿纬锂能、力神电板以及猛狮科技等。松下为特斯拉Model 3 供货21700 三元锂离子电芯，单体能量密度约为250 Wh/kg。以国产Model 3 尺度续航后轮驱动升级版为例，其整车电量为52.8 kWh，NEDC续航为455 km，在快充模式下从电量30%充到80%仅需35 分钟。与Model S 比较，百公里耗电量大幅诽谤，这主要归功于电芯的升级和优化。力神电板的21700 产线于2017 年开动投产，是国内率先完了量产的厂家，为梅赛德斯AMG 车型供货3.0 Ah 高功率21700 电芯。江淮iEV6E 搭载力神4.5 Ah 的21700三元锂电板，整车电量为41.5 kWh，续航达到310 km。比克电板于2022 年将21700 电芯容量栽培至5.3 Ah，龙套国内21700 电芯5.0 Ah 的容量极限。21700-5.3 Ah 电芯在正负极材料上进行了立异应用，正极材料中镍含量栽培至Ni90，同期诽谤了钴含量，负极材料在碳中掺入高首效硅，完了正负极效率的高度匹配[27]。比克21700-5.3 Ah 电芯主要面向高端双轮电动车和智能家居规模。在能源电板规模，比克为零跑S01 智能进化车型批量供货镍钴锰酸锂三元锂（lithium Nickel Cobalt Manganese oxide，NCM811）电板的21700 电芯，续航可达460 km。亿纬锂能一样奋发于于通过立异假想提高21700 电芯的性能，其自主研发的21700 40PL 居品，基于全极耳结构假想灵验诽谤电板阻抗，使电芯功率得到栽培，可应用于工业级用具和各式电动用具，骄气袖珍化和轻量化的应用需求。

21700 圆柱电芯在18650 电芯的基础上进行转变，栽培了电芯容量和能量密度，但尺寸相对较小，仍属于小圆柱电芯范围，在电板包整包的能量密度和体积运用率方面不占上风，基于圆柱电芯大型化发展的趋势，21700电芯在能源电板规模仅为过渡态，异日将更多大地向电动用具和双轮电动车规模进行应用和开发。

3 大圆柱电芯发展近况

为应付电动汽车对电板性能日益增长的需求，特斯拉遵循料理安全性、本钱与性能三者间的固有矛盾，推出了4680大圆柱电板。特斯拉在2020年9月的电板日上矜重发布了4680电板，仍是公布便引起了国表里电板厂商野蛮眷注。4680 电板与小圆柱电板最较着的互异在于电板尺寸。圆柱电板的直径越大，单体的容量越高，整个这个词电板包内的电芯数目将减少，利于电板料理系统（Battery Management System，BMS）的料理。但若电芯直径过大，里面极片卷绕的厚度将加多，加多电芯散热难度。特斯拉觉得46 mm 是兼具续航栽培、降本钱和安全性3 方面优点的最优尺寸[28]。圆柱电板的高度主要取决于不同电动车的底盘假想，不局限于80 mm，现在行业主流的高度假想有80 mm、95 mm、110 mm 等。4680电板在尺寸上作念出了较大转变，性能得到进一步优化，与21700 圆柱电板比较，其直径增大了2 倍以上，能量栽培5 倍，输出功率栽培6倍，本钱减少了56%，搭载4680 电板的整车续驶里程加多约16%，取得了跨越式逾越[29]。

3.1 立异手艺应用

为了最大化应用4680电板性能，在电芯结构和工艺方面禁受了2 项先进立异手艺，即全极耳假想和干法电极手艺。

3.1.1 全极耳假想

传统小圆柱电板极耳通常焊合在正极或负极极片的一侧，卷绕后，电子贯通需通过整个这个词极片，旅途较长，这导致电板内阻增大，产热也会相应增多，从而增大了电板热失控的风险[30]。全极耳手艺最早由特斯拉建议，其假想理念是铁心焊合极耳，正负极极片的一端使用导电涂层进行掩盖，卷绕后不错与壳体平直战役，这么电子大略平直在集流体和电板壳体间进行传导，全极耳结构鸟瞰图如图4 所示[31]。全极耳手艺不错成倍增大电流传导面积，裁汰电子贯通旅途5%～20%，从而使电板内阻诽谤了5～20 倍，灵验栽培了电板功率。导电涂层和电板壳体的战役面积达到100%，分袂了发烧区域，减少电芯发烧量，同期全极耳赋予电板愈加宽阔的热量传输通谈，改善散热效果，增强了电板的热踏实性[32]。如图5所示，在该结构中，电子更容易在电板里面出动，电流倍率提高，有助于栽培电板快充性能。另外，通过诽谤电子偏移和过电位景象的产生，不错灵验延迟电板寿命[33]。

诚然禁受全极耳手艺不错显耀栽培电板的性能，但其对坐蓐工艺要求较高。在涂布阶段，若涂布的精度不够，可能影响极耳整形和焊合的质料。在极耳处理阶段，切边不皆会形成材料层贴合出现错误，影响电板使用安全，极耳切割整形时可能会产生金属碎片，加多电板短路风险，同期平整度将影响集流盘焊合的良率[34]。在焊合阶段，全极耳激光焊的焊点数目比传统极耳焊点加多了5 倍以上，激光强度和焦距不易逼迫，容易焊穿极耳烧到电芯里面或者漏焊，影响电板性能和使用安全。上述问题影响了大圆柱电板的坐蓐效率，现时各企业均不断栽培坐蓐开辟和工艺水平，以期提高量产圆柱电板良品率。

3.1.2 干法电极手艺

除了立异性结构假想外，4680电板优化了极片制造工艺，建议禁受干法电极手艺，有助于诽谤电板本钱，同期提高能量密度。

传统湿法工艺禁受液体溶剂，需经验匀浆、涂布和烘干工序，耗时长且加多了材料和开辟本钱[35]。而干法电极工艺无需溶剂，平直将电极材料与粉状粘结剂聚四氟乙烯混杂，形成纤维化粉末，将粉末压制成薄膜后热压到极片上，省去了固液两相混杂以及湿涂层干燥的进程，提高坐蓐效率，节俭了材料、干燥开辟和回收溶剂的本钱，是一种环境友好的极片制造工艺[36]。在电板性能方面，禁受干法工艺不错使电极材料颗粒战役得愈加紧密，增大电极密度和导电性，有意于高能量密度电极的高倍卤莽能施展。郭德超级[37]磋磨发现，通过禁受干法工艺，电极形成了轮廓且柔性的纤维网状结构，在经验500次充放电轮回后，极片结构仍保合手踏实，活性物资颗粒之间的裂隙较少。同期，形成的网状结构大略限度活性物资颗粒体积推广，增强极片的踏实性，提高电板性能。

干法电极手艺具有诽谤本钱、栽培电板性能的优点，但现在发展尚未进修，仍存在手艺难点。如4680电板的样件仅在负极禁受干法工艺，正极仍禁受湿法工艺，这是因为正极材料易发生化学变化，存在粉末衰退的景象，影响材料性能施展，因此量产4680 电板的正负极均禁受湿法制造工艺[38]。干法电极手艺不错灵验栽培电板性能，更适配于4680、固态电板等高性能电板的制造需求，其仍是现时行业内眷注的要点，具有宽广的发展和应用长进。

3.2 大圆柱电芯应用近况

大圆柱电芯因具有高能量密度、高安全、强快充的特质，成为现时电动汽车行业内主流的圆柱电芯居品，搭配三元高镍化学体系适配于各式中高端车型。除了特斯拉外，疾驰、良马、蔚来、沃尔沃、江淮等企业也快速布局大圆柱电板，绸缪异日推出有关车型[39]。2022年良马与多家电板厂商如宁德期间、亿纬锂能达成配合，秘书从2025年起在“新世代”车型中搭载大圆柱电板包。蔚来自研的4680大圆柱电板，贪图量产并应用于自己车型和旗下子品牌阿尔卑斯中。在电板坐蓐企业方面，外洋的松下、LG 新能源、三星SDI和国内企业比克电板、远景能源、国轩高科等均说明客户需求积极插足大圆柱电板居品的研发坐蓐[39]。比克电板的46 系圆柱电芯禁受全极耳假想的同期对化学体系进行优化，单体能量密度可达270 Wh/kg以上，相沿9～20 min 快充。远景能源新建圆柱电板专属的零碳电板工场，筹画产能30 GWh，为良马供货圆柱电芯。国轩高科于好意思国先进汽车电板大会上展出了专为纯电动车研发的高功率三元46系圆柱电芯，能量密度能达到310 Wh/kg，处于行业着手水平，同期在电芯测试中完了无热扩散，具有优异性能。

基于大圆柱电芯在居品一致性、本钱、安全等方面的上风，国表里多家企业同步开发面向储能规模的大圆柱电芯居品。特斯拉暗意在进行居品升级后4680电板将具有更低的本钱和更高的能量密度，异日有望应用于家用储能电板Powerwall 和大型集装箱储能电板Megapack 等储能居品[40]。亿纬锂能面向家用储能市集，推出了大圆柱磷酸铁锂电板；厦门海辰储能发布了一系列不同容量的大圆柱电芯，可说明不同应用场景进行个性化定制；鹏辉能源的大圆柱磷酸铁锂电芯禁受全极耳和全周期动态平衡手艺，具有龟龄命、宽温程使用、强能源的特质，适用于各式储能场景。

不管在新能源汽车规模照旧在储能规模，大圆柱电芯均不错匹配不同的化学体系，施展其龟龄命、低本钱、高安全的居品上风。结合末端市集的需求来看，现时多家企业的大圆柱居品进入范畴化量产阶段，呈现多元化的竞争态势。

4 落幕语

圆柱形锂离子电芯具有一致性好、安全性高的特质，连年来受到多家车企的野蛮眷注，并应用于多款主流车型。跟着电动汽车对续驶里程、充电速率以及能量密度需求的不断栽培，圆柱电芯正朝着大型化场所快速发展。以4680 等大尺寸圆柱电芯为代表的新式居品，通过禁受婉曲耳、干法电极等先进手艺，圆柱电芯展现出愈加杰出的性能上风，适配于各式中高端车型。

预测异日，通过合手续的结构立异、材料立异和坐蓐手艺立异，圆柱电板有望在能量密度、安全性、快充性能及本钱逼迫等方面完了更大龙套，从而骄气电动汽车用户对电板性能的各样化需求，为新能源汽车行业发展带来更多可能性。

公告声明：

本文数据来源于锂电派电板工匠，著作仅代表作家不雅点，部分图片来自收罗，且未能核实版权包摄，不为交易用途，如有骚动，敬请作家与咱们关连。