锂电池电芯的分类以及优缺点
以包装的方式可以分为三类:钢壳电芯,铝壳电芯和铝塑膜软包电芯;
以内部的电解液不同可以分为两类:液态锂离子电芯(电解液是液态的)、聚合物锂离子电芯,电解液是固体或胶体聚合物,目前大部分采用聚合物胶体电解液;以结构不同来分类可以分为方形电芯和圆柱形电芯。
1、磷酸铁锂电池电芯
举个我们房车上常用的磷酸铁锂电池例子,磷酸铁锂电芯它有钢壳类的圆柱形电芯、有铝壳类的电芯,也有铝塑膜类的软包电芯。使用的电解液根据电芯外壳类型而定,钢壳和铝壳的电芯使用液态电解液,软包主要使用胶态或固态电解液,基本不使用液态电解液,所以,聚合物锂电芯一般就是指软包锂电芯。
为什么要用软包电芯
拆开RENOGY的智能磷酸铁锂电池,可以看到它的内部使用的是软包电芯,为什么使用软包电芯,它有什么优势呢?
一、安全性能好,软包电芯采用铝塑膜包装,发生安全问题时,软包电芯一般会鼓包,而不像钢壳或铝壳电芯那样发生爆炸;
二、重量轻,软包电芯重量较同等容量的钢壳锂电芯轻40%,较铝壳锂电芯轻20%;
三、内阻小,软包电芯的内阻较小,可以极大的降低电池的自耗电;
四、循环性能好,软包电芯的循环寿命更长,100次循环衰减比铝壳少4%~7%;
五、厚度小,能做得更薄,软包电芯厚度可做到2.5mm以下,钢壳或铝壳厚度做到3.6mm以下时存在技术瓶颈;
六、容量大,同等规格的软包电芯实际容量比钢壳电芯实际容量多5-10%;
七、设计灵活,外形可变任意形状,可根据需求定制,开发新的电芯型号;

01、方形铝壳
方形铝壳电池是目前新能源车上应用范围很广的电池形式,有超过90%的新能源车型均采用方形铝壳电池。以宁德时代为代表的国内主流电池供应商也均以方形铝壳电池为主要研发产品。这也是方形铝壳电池的优势之一:供应商足够多。这也意味着可以有效降低电池的采购成本。
此外,方形铝壳电池本身拥有更高的空间利用率,所以电池单体体积及容量也明显优于其他电池形式,电池能量密度也可以做得更高。同时。更大的单体体积及容量意味着PACK成组后数量的降低,这也意味着对BMS电池管理系统要求的降低。
但方形硬铝壳电池的劣势在于,PACK成组前,电池本身便需要单独的外层硬质保护壳,这意味着电池包整体重量的大幅增加。同时,更高的空间利用率也意味着对冷却系统布置要求的提高,这也将进一步提升电池包的设计成本。
02、圆柱电池
圆柱电池是特斯拉的常用电池。18650电池的技术成熟度非常高,加之自身结构特点和标准化,圆柱电池生产的自动化水平也更高。国外三星、松下等主要厂家也可以将良品率保持在98%以上,国内电池厂商也基本可以做到90%以上。
圆柱电池本身的优势是单体能量密度相较于方形硬壳电池更高。同时圆柱电池循环性能优越、可快速充放电,充电效率高,而且输出功率更大。另外,因为电池技术更为成熟,所以电池一致性高,PACK成组后电池包整体稳定性也更佳。此外,因为电池单体能量小,在发生故障时也更易于控制。
03、软包电池
相信大家对软包电池并不陌生,手机里的电池绝大部分均为软包电池。软包电池跟其余两种电池形式最大的区别就在于,外壳采用的是铝塑膜材质。相较于其他两种来说,电池本身的重量更轻。在同等容量下,软包电池的重量要轻20%,容量要比方形硬壳电池高50%。所以,软包电池的理论能量密度要更高于方形电池和圆柱电池。此外,软包电池的另一大优势就是可供模块化定制的丰富性更高,在电池形状的想象空间更大,对放置空间及位置要求较低。
但软包电池本身材质为软性的铝塑膜,电池本体自我保护性较差,所以软包电池在PACK成组后需要更坚硬的保护壳。此外,软包电池的布局多为叠片式,一片片软包电池竖直叠放在一起,所以电池热管理系统的布置就需要在每两片电池之间加上一层冷却片。这样设计不仅仅增加了电池包整体的重量,也对设计布局也有更高的要求。
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