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大圆柱有无必要死磕高端动力?--2025CIBF电池展分享(2)

1天前浏览16

刚刚结束深圳的CIBF2025两天的展会,上一期给大家讲了钠电方面的发现,这期咱们进一步聊一下另一个热点:(大)圆柱技术的更新情况。

特别传统的单极耳的18650/21700这样的圆柱自然关注起来没什么太大的价值,我们这篇文章关注的自然是以46系为主的大圆柱,但是并不会仅限于此——比如其实如果你仔细看展你可能会发现:咦原来多氟多的大圆柱有这么多尺寸都在各种量产了,咦三元钢壳46做起来有点难但是人家也有做26小尺寸铝壳的,咦比亚迪开始搞铁锂46铝壳但是应用方向完全不是大动力而是小动力。

以及像比克、联动天翼这样的企业,正在把一些新型极耳技术,比如全/多极耳用到偏传统的21700电芯里——做出来的电芯肯定功率性能超级好。我是觉得只要是大圆柱/传统圆柱应用了新技术的,都是值得在这一讲的。

多氟多,铝壳铁锂大圆柱元老?  

今天正巧有位朋友问我磷酸铁锂有没有大圆柱,我告诉他,咋会没有呢,人家多氟多做大圆柱都多久了……

和各位可能关注大圆柱的之前的一般定势思维不同,大家一提大圆柱常常就是钢壳-焊封-全极耳-高镍-硅负-高比能-快充(亿纬-宝马表示:在点名吗?),然而你看一下人家多氟多的一堆产品:60110/120/150/180。都干到60直径了,高度最高180。

认真点说,磷酸铁锂铝壳大圆柱早是一个成熟的产品了,只是在大动力上没太多人用(有一些也是A00,很多是定向合作开发),而大圆柱电芯单体容量小,成组灵活的优势在大动力A00+小动力方面就很容易体现出来:

你要便宜?我圆柱这块已经跑顺好久了,传统21700的高节拍成熟生产的优点我这设计工艺也跑明白了。

你要灵活?大方形电池肯定尺寸太大不灵活,小空间还要串出400V来,用各种尺寸的圆柱轻轻松松,对于A00级车是,对于小动力也是,对于小储能还是。

你要性能?揉极耳的电池的倍率性能对于这些领域的使用需求大概率是过剩的……当然我还是好奇你的杂质控制-寿命衰减问题有多大,但是如果我就没要奔着长寿命去,是不是也可以?能量密度这里只有体积比能量可算,算出来大概是378+Wh/l(够用了,迪子汉L的10C快充电芯大概也就这么个能量密度)。

所以这就是比较有趣的地方,大家似乎有点“看不上”的领域,其实一直发展的不错,有稳定的出货,进展比车用大动力快多了。这可是市场自然选择的结果,没有炒作,没有聚光灯,就是安静的发展出来的一个领域。当然这个领域的安静可能很快就要被打破了。

比亚迪要来卷小动力了  

比亚迪这次公布了46120的磷酸铁锂,特别清楚的把自己的目标写在了脑门上:专攻小动力市场用,也展示了些PACK的样品。

从KPI指标上,其实没啥可太分析的,这东西能做出来,比起之前的铅酸性能肯定是有极大优势的,然后目前好像自行车市场中还是铅酸占大头(80%)。就是大家都得精益求精,把安全防护做到位,毕竟电动自行车方面国标也是在不断严格(GB43854-2024),连单体针 刺都要要求,所以大家一起努力,把这个行业的水平再卷上一个新台阶吧。

类似思路的企业还有?  

力神是一个。你看这磷酸铁锂的大圆柱。以及我看了力神的展台,他们总给我一种要放弃动力业务的感脚……

亿纬当然是有三元圆柱的,不过铁锂圆柱也有。以及右图大家可以看到尺寸:46137/40130/33135—应该都是小动力小储能领域中常见的一些尺寸。刘博对这块的确不太懂了,如果哪天能摇一位A00/小动力PACK的大神给讲讲这块电芯怎么选,尺寸是怎么定的,就再好不过了😊。

中比的46120,32140——肯定也是给各种小动力/小储用的。

所以46就不做NCM了吗?  

也不至于。

亿纬  

还是有钢壳大圆柱产品,今年年底宝马装着它家的电池的GEN6/NEUE KLASSE应该就能上市了,之前的新闻里也都说过(当然似乎还有宁德也在供)。以及人家的大圆柱去年就已经在一些车上有装车了,真有兴趣的朋友应该去好好研究一下呢。

展台上的大圆柱和大圆柱系统肯定是C位重磅产品,指标方面也不解读了,网上一堆资料。

比克展台随想  

我是在比克展台交流,无意中发现这一点的:铝壳自然一般都只能焊接不能机械密封,那对于可以机械&也可以焊接密封的钢壳来说,是不是按理说是空间利用率更高的焊接应该是核心方向呢——毕竟这样更容易达成更高的能量密度。

然而比克在这里展示的样品就是两种密封方式都有,一下子提醒了我什么。

大家一直以来对三元圆柱期望非常高,想把一堆牛逼的性能要求都给安上,最后的状态就是空间要求无限严格,化学体系也比较激进,然后因为应力相对大点,钢壳又是必须(你看铁锂用铝壳干到60直径了都,没什么大压力)

结果问题来了:钢壳不好焊,温度高,杂质+对电芯内部的热影响。如果离远点自然可以解决,问题是如果远点让的空间大点,这和机械密封又有什么区别呢

再加上焊接损坏壳体的问题,应该也有些挑战。

以及太多想要一口吃个胖子的做法(比如特斯拉,直接什么都想要,低成本干电极也要一步到位,真不怕步子太大?)会不会是NCM圆柱目前发展有点缓慢的原因?——毕竟是个新技术,能不能先推出相对稳定可量产的不太激进的产品,然后再慢慢从设计、工艺和设备上再迭代呢?

NCM46圆柱可不可以先适度降一下KPI要求,先量产机械密封型的电芯。或者干脆用厚铝壳不配硅跑跑,或者干脆三元圆柱的技术路线先回小一点尺寸做一下?26 – 33 – 37- 46这样可不可以?有没有可能是大家都被一龙哥一开始给带跑偏了?三元从21直接干到46这个太过激进了?46根本就不是最适合三元体系的尺寸?(21,18是验证过了的,大到多大才是最合适的?)

一些杂乱的想法,供大家拍砖,批评。

另外一个要注意的点:不只比克,很多大圆柱公司都在应用领域上说的很广,小动力机器人EVTOL小储能。所以是不是我们也有必要先对于NCM圆柱解放一下思路,别老盯着大动力卷?

其它NCM企业?  

列了产品的其它企业还有国轩,蜂巢,欣旺达。当然是在展位上的非C位,当然没有方形电芯那么受重视。

以及还有家有意思的新公司,叫力华,三元的46电芯的能量密度指标都非常突出。这对于行业来说都是很有意思的事情了,值得挖一下。

其它有趣的发现?  

钠电不少做圆柱的,圆柱似乎挺适合启停,铝集流体使用配铝壳也合适。

以及还有联动天翼的复合集流体配多极耳圆柱。这也是很有意思的工作,复合集流体内阻的问题靠这个多极耳应该可以有不错的解决,推出小圆柱产品对于其它家企业应该是有断代性能领先能力的。以及比克似乎也在做这个方向,我觉得是可以期待一下的。

总结  

我对圆柱这个技术方向一直是很喜欢,很有技术上的期望的,而且我也自己身体力行的去干过这个方向。

以上文章中我也介绍了目前行业的进展。一方面是铁锂铝壳大圆柱使用领域的清晰可见,一方面是三元钢壳大圆柱(尤其在大动力上使用)的磕磕绊绊。问题出在哪呢?有没有可能是有些产品定位、技术细节要求、工艺和生产的限制这几个环节之间出现了一些错配?

先易后难,控制变量数目来做新东西的思路,是不是总是相对合适的?

以及是不是其实可能只是大动力车端的要求太高/不合适才会有这样的问题,如果放眼更宽广的市场,什么小动力机器人EVTOL,也许思路打开了就不一样了呢?

最后也期望不同的新型极耳技术,可以快点实现大规模产业化。

最后还是:期待我们未来的世界,不是技术单一化同质化的无聊存在。

全是方形短刀CTP的世界,要多无聊有多没劲啊。





来源:弗雷刘
化学汽车焊接储能机器人控制
著作权归作者所有,欢迎分享,未经许可,不得转载
首次发布时间:2025-05-30
最近编辑:1天前
弗雷刘
博士 动力电池 新能源行业科普
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为什么纠结于电池能否过针刺意义不大

前一阵子我发了个小评论,说明了天天纠结于(尤其是动力电池)锂电池能不能过针 刺,没啥意思,你要真想多研究热安全性能还不如多看看ARC测试(绝热量热仪)。然后这个评论受到了不少关注,正好那我就借此机会,来和大家更系统的聊一下:为什么天天执着于看着尤其是动力锂电池能否过针 刺,是没有意义的。 1.针 刺很难对应到动力电池实际使用失效的情景 摘自学位论文:Safety of Automotive Lithium-ion Battery Cells under Abusive ConditionsGB38031里对于电芯单体和电池包系统要通过的安全测试的要求用一根金属或陶瓷针把电芯贯穿刺透,就是针 刺实验,在这个过程中,电芯中的每一层极片就会被短路连接,从而产生巨大的电流-热效应,最后可能导致热失控。然而在实际使用中,电动汽车电池有可能碰、磕、挤、跌,像这些滥用在电池安全国标GB38031里都有明确要过的要求,毕竟这些机械滥用是会一层层从整车最终传到电芯单体的,但是被一根外面的钢针,透过包裹电芯单体的电池系统的机械防护壳体,再扎破电芯单体,大家可以想象一下,发生这样的事故的概率能有多大?开着车去闯钢针阵吗? 这两天倒是某家汽车撞护栏后着火的事有很多讨论,很多人认为,电池包有破损,护栏像针,所以这个包烧起来就对应了针 刺。大谬。 这个失事原因到现在也不清楚,如果对应的真的是极限的安全事故(你的安全标准不可能为任何失效/滥用无限兜底而是尽量来保证),电池包破裂了,你是不是还能全把问题归因在电芯身上?况且即使要往电芯上归因,这些护栏等带来的冲击是不是一定就是针 刺?(这直径比针 刺可大多了)有无可能对应挤压、钝刺可能更贴切?包括护栏的材质又是什么?不做详细的比对是不能下定论的。 所以:一切归因到针 刺的这种说法无法证伪,没有意义。 2.纠结于过针 刺还不如去看ARC的热性能研究结果 之前我也已经说过了,现在对于动力电池电芯单体的安全,还是做ARC的多。ARC是绝热量热计,也加加速量热仪(accelerating rate calorimeter,ARC)。 绝热量热仪是用于评价化工工艺过程及危险化学品稳定性和潜在危害的仪器,可以模拟样品在(失控等)最严重情形下的自加速反应。 说通俗点像是一个绝热高压锅,样品在里面,一点点加热,可以去捕捉详细的样品(比如电芯)自己逐渐开始产生放热反应,放热反应加速,以及达到最高温度/放出热量等各种细节信息。 在这个过程中一般会捕捉几个重要参数: T1, 自生热开始温度(常常是70~90度,这电芯开始自己加热自己了); T2,热失控触发温度(温升大于一分钟一度,这电芯温升明显快开了,常常100~120度); T3,整个过程达到的最高温度 (依化学体系不同,能量密度不同,300~1000度都有) 简单说,安全的电芯肯定尽量T1、T2要尽量高(晚开始失控),T3要尽量低。 那为啥我觉得研究电池安全,这个比针 刺更好?因为这个方法可以看出随着温度上升,电芯内阻各组分的互相反应的倾向,反应的放热的剧烈程度——而在这方面针 刺不行。 摘自清华大学冯旭宁老师发表的文章:Mitigating Thermal Runaway of Lithium-Ion Batteries, Joule (2020) 而说实话,很多化学体系只要能量密度往上走,管你会不会加固态电解质,安全性真的就从ARC测试结果上能看出不少问题和挑战。如果大家对这块有兴趣,可以后面讲一下。 3.电芯热失控的触发机理中,针 刺短路只是其中一种,过针 刺不代表安全 摘自欧阳明高院士的报告:动力电池热失控抑制研究进展 动力电池单体电芯热失控,有热、电、机械等多种不同的触发机理,而针 刺本质上只是其中的一种触发(通过导致电短路瞬间产热从而热失控)。以及在这里强调一下:电芯是不一定需要短路才触发热失控的(你设计一个耐温500度的隔膜装入电芯,这个电芯加热到100-200度时,照样那些化学成分可以互相反应,包括某些你们认为的一些特别稳定的化学体系)——所以天天只看着针 刺,想的太简单了。 在这方面,清华大学汽车系欧阳明高老师做的工作,发的论文很多,可以重点看看。包括电芯生产一致性、热管理问题带来电芯之间的充电状态不同导致电压离散分布,有的正好有的过充并最后导致火灾事故的案例也很常见,即使是磷酸铁锂也有不少火案,不是只是三元才会烧,懂的都懂。 摘自论文:Thermal Runaway of Lithium-Ion Batteries without Internal Short Circuit 没有内短路,一样可能会热失控 所以,天天执着于过了针 刺就觉得电池安全了,真的没意义,秀的色彩更大一些。 4.国标最重要的安全法规38031里,光电芯过针 刺完全不能代表能过5分钟热失控实验 大家有兴趣可以仔细看一下动力电池安全强制标准38031,里面的热失控5分钟测试的触发要求: 可以用针 刺触发,如果触发不了还得再用加热,得加热到加热电芯另一面达到300度还没有触发热失控,才能说明这个电芯算本征安全了,整个系统热事件也不会蔓延开来,算过;否则,只要加热后电芯热失控了,还是得老实走后面的流程,看看是不是能满足5分钟的要求。 说白了,光能过针 刺,对于电池系统过国标38031都没有多大用。所以这些什么先进(某电解质技术)、安全(某正极材料技术)的电池,过了针 刺又如何呢?国标电池安全测试,你针 刺不能触发完全不能万事大吉,而你们加热到300度后安全性能如何?话说的再难听点再直接些,能过了针 刺,真的上了路就不烧车了吗?真把大家的事故情况都抖出来比着看,谁又真的能绝对的好看呢? 5.那为什么很多企业还在执着于做针 刺实验呢? 1)你以为每一家企业都很懂吗?或者这家企业每一个人都很懂吗?可能管这块的那个负责工程师都没咋看过新文献,就把以前用的安全测试规范抄过来继续用了,其它领导也不懂或懒的管。 2)有的企业真的懂,但是利益相关。 3)欢迎大家评论补充。6.要是真的强制动力电池单体电芯都要过针 刺,后果会如何? 不出意外的,三元电池没法搞了——都去做过针 刺的体系,导致铁锂高内阻化,然后剩下的三元只能做最保守的体系加上高内阻化,系统能效基本都没法看,国家要求电动汽车也要努力往轻量化和低能耗方向发展的期望也会基本落空。 毕竟铁锂能量密度上限在那,SOC较准、在低温性能、以及高温存储老化方面也还有自己的性能问题。三元也仍然有自己的很多优势,以及人家的技术也在不断进步。 以及在这里我还就说一句可能会引战的话了:如果这样做,不利于行业的高端化发展/细分高端领域的发展。不管你们怎么在这嗨,个人认为技术路线单一化同质化的世界绝对是糟糕透了。 小结 三元和铁锂都是不错的材料,各有各的适用范围。对于能量密度&轻量化更有要求的场景里,仍然是三元更适合;而承载着未来发展方向希望的硅负极、固态等方向也离不开三元材料。三元体系安全有自己的挑战,但是因此就天天喊着要做针 刺无疑是搅浑水、不利于行业健康发展的错误思维。希望不同材料体系可以携手并进,一起中国的动力电池事业带到新的高度。 以及最后还是安利一下自己的书《锂光-动力电池硬核入门》,可以帮助大家搭建完整的行业知识体系,适合各种教育背景/工作背景的人士,也反映了行业到2024年的一个最新的技术和市场的发展情况 声明 本文本人业余时间所做,不代表任何组织机构观点,本人和三元电池也无任何利益相关。 来源:弗雷刘

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