最前線 | 圓柱形電池技術(shù)實(shí)現(xiàn)重大突破,「恩力動(dòng)力」研制出能量密度389Wh/kg的18650電池
近日,恩力動(dòng)力(Enpower Greentech, 包括在中國(guó)、日本、美國(guó)的固態(tài)電池公司)成功研制出了容量達(dá)到4095mAh的18650圓柱電池,達(dá)到了行業(yè)領(lǐng)先的能量密度(389Wh/kg和888Wh/L)。這一開發(fā)成果創(chuàng)造了可充電18650圓柱形電池的新能量密度記錄;與目前市場(chǎng)上的電池相比,恩力的電池至少輕20%,能量密度至少提高15%,這將為包括無(wú)人機(jī)、電動(dòng)飛機(jī)及電動(dòng)汽車等提供更輕、更節(jié)能的電池。
照片為恩力動(dòng)力研發(fā)的18650圓柱鋰金屬電池(4.1Ah)
(資料圖)
18650圓柱電池(指直徑為18mm,高度為65mm的電池尺寸)是鋰離子電池電芯的行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。它由索尼公司于1991年發(fā)明并產(chǎn)業(yè)化,廣泛用于便攜式電子產(chǎn)品。2008年,特斯拉的首款電動(dòng)跑車“Roadster”上市,采用了松下生產(chǎn)的18650電池,首次將圓柱形鋰離子電池導(dǎo)入了車用動(dòng)力電池市場(chǎng),2020年9月特斯拉在“電池日”上公布了4680大圓柱電池技術(shù),更是將電動(dòng)汽車行業(yè)對(duì)圓柱電池的關(guān)注推上了新的高度。
雖然索尼公司的18650鋰離子電池是一款劃時(shí)代的產(chǎn)品,但其容量只有900mAh(如圖1A所示)。在過(guò)去的30年里,18650電池的容量逐年提升,2015年,日本松下公司推出了容量為3450mAh的18650電池。此后,18650電池的容量似乎遇到了瓶頸,在此期間韓國(guó)和中國(guó)的圓柱電池制造商也先后推出了容量接近3500mAh的18650產(chǎn)品。直到2021年,美國(guó)初創(chuàng)公司NanoGraf宣布使用硅基負(fù)極推出自己的18650電池,容量高達(dá)3800mAh(3.8Ah)。今年10月,NanoGraf進(jìn)一步宣布將容量增加至4000mAh(4.0Ah)。另外,近年來(lái)“下一代”電池 (包括鋰金屬電池及固態(tài)電池)的大多數(shù)發(fā)展多以軟包電池的形態(tài)出現(xiàn),鮮有圓柱形的電池。
在過(guò)去的三年里,恩力動(dòng)力成功地開發(fā)了破紀(jì)錄的高比能鋰金屬軟包電池。公司利用在鋰金屬負(fù)極上的專利技術(shù),又一款破紀(jì)錄的高容量18650圓柱電池應(yīng)運(yùn)而生。與使用硅基負(fù)極的18650圓柱電池相比,恩力動(dòng)力的18650圓柱鋰金屬電池標(biāo)稱電壓提升了100-200mV,電池容量提高到了4095mAh(圖2),電池重量減少了近20%,重量能量密度得到了大幅提升(圖1B)。此外,如表1所示,恩力動(dòng)力的LMB18650-4.1Ah電池在容量、標(biāo)稱電壓和能量密度上均達(dá)到了新的里程碑。
表1:18650電池性能對(duì)比
另外,在使用富硅基負(fù)極及鋰金屬負(fù)極的下一代電池中,大多數(shù)都有充放電期間電池膨脹的問題。為了確保最佳性能,它們需要施加外部壓力。恩力動(dòng)力的這款18650電池利用了圓柱形電池結(jié)構(gòu)的優(yōu)勢(shì),可在不施加外部壓力的情況下實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定的充放電循環(huán)。
目前,恩力動(dòng)力研發(fā)的這款18650鋰金屬電池處在試制階段,恩力動(dòng)力將與包括車企在內(nèi)的各種電池應(yīng)用端客戶展開積極合作,共同將圓柱形的“下一代”電池推向商業(yè)化應(yīng)用,并將超高比能圓柱電池產(chǎn)品的型號(hào)逐步擴(kuò)展到21700和4680等型號(hào)。按照目前恩力動(dòng)力18650電池的電芯設(shè)計(jì),如果把電池尺寸放大到4680時(shí),預(yù)計(jì)電池容量可達(dá)32Ah,重量能量密度可達(dá)400Wh/kg以上(特斯拉目前的4680電池容量約為27.5Ah,重量能量密度約為300Wh/kg)4)。
圖1A:18650鋰離子電池容量的逐年提升
圖1B:18650電池能量密度比較
圖2:恩力動(dòng)力18650鋰金屬電池充放電曲線
引用:
1) 計(jì)算18650電池體積能量密度(Wh/L)的體積是0.01753L(D:18.5 x H:65.25 mm)。
2) https://www.nasa.gov/sites/default/files/atoms/files/nabw21_li-ion_cylindrical_hard_case_cells_market_2021_ver1.pdf
3) https://electrek.co/2022/10/20/nanograf-battery/
4) https://insideevs.com/news/598656/tesla-4680-battery-cell-specs/amp/
責(zé)任編輯:hnmd004
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