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购买了一辆纯电动车，重达千斤被安装在车辆的底盘位置，又被白车身框架牢牢保护的电池包，是由大量的电池单体通过正负极相连组成的，可您知道电池单体的形状分为哪几类吗？本着学到老活到老的求知态度，今天咱们就来聊聊当下热门电池类型之一的圆柱电池。 几千节电池驱动车辆行驶？ 提起电池这个词汇，相信大家肯定都不陌生，如今新能源汽车市场常见的有圆柱电池、方形电池和软包电池。圆柱电池是我们平时能经常接触到的电池类型，在遥控器、儿童玩具和无线鼠标等内部，都能看到圆柱电池的身影。  但要说特斯拉旗下车型所搭载的电池包，就是由密密麻麻多达几千节圆柱电池组成的，是不是感觉有些匪夷所思呢？虽然可能有些出乎意料，可事实却真的是如此。 以特斯拉Model S这款车型为例，在以前电池包容量为85kW·h的版本车型中，其内部就曾填充有约7000多节圆柱电池，不过这些电池和平时我们接触的5号、7号圆柱电池不同，它是由松下公司生产提供的18650圆柱锂电池（以下简称18650电池）。  之所以要使用圆柱锂电池为基础的电池包，是因为这种电池早在1990年就已经被开发出来，最早它的名字叫LIB(Lithium IonBattery）电池，直译过来也就是锂离子电池。随后索尼公司制订了18650电池的标准，并于1991年正式推出了商用级别的18650电池，装配到自家的摄像机中，直到后来它逐渐被市场认可，成为了电池行业中成熟度高、普及率广的电池类型，在充电宝、笔记本电池等内部就常有它的身影。  又因为特斯拉进入纯电动车型市场的时间较早，当时18650电池的各项标准都已经非常成熟，在市场中也有不少电池公司能做到大批量的生产，综合安全、成本等方面的考究，特斯拉最终也就将目标锁定在18650电池上了。如今特斯拉除了使用型号为18650、2170的圆柱电池，在未来还计划将型号为4680的圆柱量产装车。 但我们要知道圆柱电池并非是锂电池的专利，像镍氢电池、镍镉电池也都有圆柱的设计，我们生活中常见的南孚电池，它就属于是锌锰电池。通俗点来说圆柱电池就是一种包装形式，就像是不同口味的包子，牛肉馅、猪肉馅、韭菜鸡蛋馅等等，虽然外面都是一层白白的面皮，可内部却是酸甜苦辣大有乾坤。 一串数字代表了电池的身份？ 可能细心的朋友已经注意到，为什么要给电池取一串数字的代号呢？除了区分电池的不同型号外，这串数字还蕴含有电池的基础信息。以18650电池为例，其中的“18”代表的是电池直径为18mm，“65”代表的是电池长度为65mm，“0”则表示这是一个圆柱电池。  从2170、4680的数字信息中可以看出，这两者的直径分别是21mm和46mm，长度分别为70mm和80mm。值得注意的是2170、4680的命名和18650有些不同，它们简化掉了末尾的“0”，可不要把它们的长度误读为7mm和8mm了。  圆柱电池代号的那串数字数值越大，就代表着电池越粗越大，这也就表明其内部的电池容量越大，单节18650、2170、4680的电池容量分别为3100mAh、5000mAh和9000mAh。以使用2170电池的Model 3为例，它的电池包内部包含有4000多节2170电池，相比Model S的7000多节少了将近一半的数量。 如果按照圆柱电池的命名逻辑，日常中常见的5号电池的直径一般为14mm，长度为50mm，以后出门买电池可以和商店老板大声说“老板，给我来两节14500电池”，听起来就有种非常专业的范儿。  其实除了电池型号的不同命名，18650、2170和4680三者还有一个共同的种类名称—NCM811。其中的NCM分别代表的是电池的正极材料主要成分是镍(Ni)、钴(Co)、锰(Mn)，三者的用量大约成8：1：1的比例，这也是后缀“811”的由来，在这里和大家讲个冷知识，钴(Co)因为资源稀缺的缘故，其价格比黄金（Au）要高得多。 一节电池的成功之路！ 在内部结构方面，圆柱电池的内部主要包括有正极、负极、隔膜、电解液、保护阀、排气孔等结构，它的生产流程主要有电极制作、卷绕、组装和化成等环节。  通俗点来说，圆柱电池就像一份鸡蛋灌饼，在炉子上将面糊摊成圆形后，加入一些葱花、香菜、煎鸡蛋、香肠等配料，最终折叠成形并斩成两段装好交给客户，其中各种配料就是指正负极等结构，摊、斩则、折叠则是指生产流程。  值得注意的是，无论是圆柱电池、方形电池还是软包电池，因为电池本身自带的特殊属性，在极寒、极热等环境电池内部的化学反应活性会降低，且电阻会随之升高，内部的膈膜通透能力减弱，所以正极向负极流动的电子也跟着变少，最终导致车辆续航里程会跟着温度变化有着不同程度的打折。  生产出来的大批量18650电池，经过挑选后的每节良品会按照并联的方式进行组装连接，之后就像做千层蛋糕似的，多节电池组成电池砖，多个电池砖组成电池片，电池片再进行排序封装，最终几千节18650电池共同组成了电池包。 其实使用技术、标准、生产都已经非常成熟的产品，除了考虑安全、成本等因素的影响，还拥有防止被卡脖子的风险。就拿18650电池举例来说，像松下、索尼、三星、LG等都具备大批量生产这种电池的能力，因此特斯拉就不必担心某个供应商突然要求涨价的可能性。  同时，让这些企业按照既定的标准去生产18650电池，或者是2170、4680电池，将电池收购过来后就可以按照自己的需求，使用各种各样的排序方式和封装工艺，让最终的电池包具有多样化属性，以便于和不同车型进行匹配，这种省时省力的模组化理念早已在各行业被广泛应用了。 在安全方面，圆柱电池在充放电时，极耳产生的热量有可能会引发热失控的风险。所谓极耳，它贯穿了整个圆柱电池，电池在放电时内部的电子会从正极极耳向负极极耳流动，因为金属具有导电性的同时，还会有着对电流阻碍作用的电阻，所以在电阻的作用下充放电时极耳会产生许多热量，在电池的顶部、底部的凸起便是我们肉眼能看到的极耳。  其实可以将极耳看作是A点通往B点的一条狭窄道路，道路上的行人、车辆来来往往，人流、车流密度高不免会出现一些交通事故，其中的行人、车辆可以理解为电子，发生的交通事故则是电子从正极流向负极产生的热量。  单节圆柱电池产生1份热量，那么电池包内部的几千节就有几千份热量，这些热量积压在一起如果电池管理系统不给力，就有可能造成车辆自燃起火等现象。为了摆脱这一尴尬的困境，特斯拉申请了无极耳技术专利，上文提到的4680电池就使用了无极耳技术。 失去“耳朵”却实力大增 从字面上来看无极耳像是把电池内部的极耳去掉了，事实上来说它是把之前A点通往B点的一条窄路，现在扩充整改为了多条宽敞的大道，道多又宽敞那么行人、车辆的密度会大大降低，发生交通事故的概率也就随之降低了。降低了在充放电时极耳产生热量引发热失控的风险，圆柱电池的安全可谓是“更上一层楼”。  除此之外，4680电池还使用了硅负极材料和干电极等技术，这些技术的主要作用是提升电池单体的能量密度，通俗点说也就是让一节电池能够储存更多的电量。 值得一提的是，不同于18650电池节→砖→片→包的模组化结构，4680电池在CTC（Cell to Chassis）集成技术的基础上，单节电池不再需要复杂的封装，只需将单节4680电池按照顺序正负极相连，以无模组化的形式和白车身结构直接融合为一体，这样设计减少了整个电池包的总重量，相对而言提升了车辆的续航里程。  在电池的数量方面，因为4680电池相比2170电池有着更大的电池容量，官方称将使用960节4680电池组成的电池包，为特斯拉旗下的车型提供动力源泉，相对Model 3使用了4000多节2170电池来说，其数量已经缩减至千节以内了，这对于后续的管理维护有着很大的益处。 从数据上来看，使用2170电池的特斯拉Model 3，它所搭载的电池包能量密度为170Wh/kg，未来使用4680电池组成的电池包，其能量密度或许能达到300Wh/kg。 小小电池能活一百年？ 除了电池容量的问题，电池的循环寿命也是一大重要问题，根据电池类型、电压的不同，其寿命次数也是不相同的，按照国内汽车行业的标准，电池经过1000次充放电循环后，其实际容量应该大于初始容量的80%。  以18650电池为例，它的循环寿命根据电池电压的不同，一般充放电次数在500~2000次的区间，从参数上看是满足国内标准的。假设搭载18650电池包的特斯拉Model S，保守点估算它充满电后能行驶400公里，以1000次的充放电循环次数为准，那么电池包的实际使用寿命约为40万公里左右，如果按照1年行驶2万公里的里程计算，大约可以正常使用20年。  当然靠官方数据可能信服力还不够，曾经就有过一名德国的特斯拉车主，驾驶一辆在2014年购买的特斯拉Model S，共计实际行驶了100万公里，被收录于《吉尼斯世界纪录大全》中，在这场100万公里的行驶里程壮举中，车主曾经更换过3次电池包。  如今这辆特斯拉Model S的实际行驶里程已经超过了160万公里，根据资料显示第一块电池包行驶了约29万公里，第二块属于是特斯拉临时给车主换的电池包，共行驶了约25万公里，第三块电池包在行驶了约46万公里时，其电池包实际容量仍有初始容量的86%之多，按照如今超160万公里计算的话，第三块电池包已经行驶约有100万公里了。 考虑到这辆车是从2014年开始上路行驶的，距离现在已经过去了七八年，在这几年的时间里电池技术也在不断更新迭代，所以现在电池包的寿命要想实际行驶40万公里，从技术层面应该是不难做到的。  在电池循环寿命方面，特斯拉在2019年就递交过一项，可以支持车辆行驶100万英里（约160.9万公里）的镍钴铝（NCA）电池专利申请。在今年5月份特斯拉和达尔豪西大学又联合发表过一篇论文，论文内容的主题是研究一种可以使用100年的新型镍基电池，但从目前的技术层面来看，因为这种电池的成本非常高，所以在未来短期的时间内，应该不会将这种电池量产装车。 圆柱电池成了“香饽饽”？ 除了特斯拉目前在大量使用圆柱电池外，如今德系百年老牌车企大众和宝马也有意想要使用圆柱电池。在今年的7月份，曾获得大众、宝马等企业投资的瑞典电池公司Northvolt，它研发的2170电池未来可能向大众、宝马、沃尔沃等车企供应，有小道消息称这家公司是基于大众的要求才去研发的2170电池。  在今年的9月份，有消息称信新一代宝马iX4预计在2026年开始生产，新车将使用全新的Neue Klasse平台，并配套搭载第六代电池系统，更重要的是新一代电池系统使用的电池包可能会由圆柱电池组成。  同样在今年的9月份，宝马又官宣和宁德时代合作，将使用宁德时代生产供应的直径为46mm的圆柱电池，这种电池的生产标准则是宝马提出的，而且为了匹配宝马以后全新的纯电动架构，在同一直径下宝马还给出了两种不同高度的圆柱电池生产标准，这也说明了宝马在未来的纯电动车型可能会大批量使用圆柱电池包。 写在最后 圆柱电池的发展虽然只有二三十年的历史，但随着新能源汽车的大力发展，它的更新迭代速度也是十分地迅速，从最早的18650系列到现在的4680系列，特斯拉、大众、宝马等车企都相继走向圆柱电池的阵营。在未来的新能源汽车市场，还会有其它车企使用圆柱电池组成的电池包吗？这个问题的答案值得让人期待。 文章来源【拆车坊】版权归原作者所有 |
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