18650要被21700取代？動力電池布局轉變只是一個起點

電池家族中種類繁多,但是目前市場量產和重點研究開發(fā)的型號相對集中,21700上市到現(xiàn)在僅僅一年時間,就具摧枯拉朽之勢,已經引領了電池企業(yè)布局高潮。傳統(tǒng)的18650應用十分廣泛,保持高市場占有率,未來是否會被21700取代?本文將進行簡要分析。

一、什么是18650電池和21700電池?

電池行業(yè)領域通用的是一種IEC國際標準。IEC(國際電工委員會International Electrical Commission)為了促進世界電工電子領域的標準化而制定了IEC電池標準。IEC61960就是針對鋰電池電芯及電池產品的電性能指標參數(shù)(容量、循環(huán)、內阻等)進行規(guī)范的標準。

根據(jù)IEC61960標準,鋰電池電芯型號標識主要由以下部分組成:

第一部分(3個字母):

第1個字母表示電池的負極材料。I表示有內置電池的鋰離子,L表示鋰金屬電極或鋰合金電極。

第2個字母表示電池的正極主要活性材料。C表示基于鈷的電極,N表示基于鎳的電極,M表示基于錳的電極,V表示基于釩的電極,以及T表示基于鈦的電極。

第3個字母表示電池的形狀。R表示圓柱形的電池,L表示方形的電池。

第二部分(5/6位數(shù)字):

圓柱形電池字母后跟5位數(shù)字代表電池尺寸規(guī)格,前兩位代表圓形直徑(mm)、中間兩位代表電池高度(mm)*10,最后一位沒有含義為0。當以上任意規(guī)格>=100mm,兩個數(shù)字之間加“/”。常見的型號如14500,14650, 17490,18500, 18650,26500。

常見圓柱形電芯規(guī)格型號:比克18650 2200mAh 3.7V ,三洋18650 2500mAh 3.7V。

方形電池字母后跟6位數(shù)字,同樣也代表電池尺寸規(guī)格,前兩位代表電池厚度(mm),中間兩位為電池寬度(mm),最后兩位為電池高度(mm)。當以上任意規(guī)格>=100mm,兩個數(shù)字之間加“/”;當以上任意規(guī)格<1mm,則在此尺寸前加字母“t”,并將此單位擴大10倍。常見比克、三洋方型電芯規(guī)格型號:比克063450A 1200mAh 3.7V ,三洋UF103450P 1880mAh 3.7V。

方形電池在規(guī)格最后可加一位字母,表示電池材質,S代表鋼殼,A代表鋁殼。

最后,可再加一位數(shù)字,表示并聯(lián)的電池單體數(shù)量,如果為1則不顯示。

˙ ICR18650型號表示:圓柱形鋰離子電池,正極主要材料為鈷,直徑18mm,高度65mm

˙ ICR20/1050型號表示:圓柱形鋰離子電池,正極材料為鈷,直徑20mm,高度105mm

˙ ICP063048S型號代表:方形二次鋰離子電池,正極主要材料為鈷,厚度為6毫米,寬度為30毫米,高度為48毫米,S代表鋼殼

˙ ICPt733448型號表示:方形二次鋰離子電池,正極材料為鈷,厚度為0.7mm,寬度為34mm,高度為48mm。

二、為何市場選用圓柱形電池?

首先從電池性能和生產成本的角度,講講幾種不同形狀電池的特點。

圓柱形電池是最古老的電池形態(tài),它的優(yōu)點包括生產工藝成熟,產品良率高,電池結構穩(wěn)定,應用范圍廣,綜合性能突出,整體成本有優(yōu)勢。其缺點也比較明顯,圓柱形電池一般采用鋼殼或鋁殼封裝,會比較重,比能量相對較低。而且安全性較差,電池循環(huán)壽命較短。而且因為體積小巧可以在很多范圍內使用。

隨著動力電池興起,方形電池在國內應用普及率越來越高。而且相對于圓柱形電池,方形電池結構簡單,重量較輕比能量較高。由于方形可依需求定制尺寸,故市場上型號較多,工藝很難統(tǒng)一,對成本來說是個挑戰(zhàn)。

目前市場上還有軟包電池,軟包電池與圓柱形及方形相比,因其外包裝為鋁塑材料制成,只會鼓漲而不會爆炸,故安全性能更好,而且重量也更輕便。其形狀可以依據(jù)需求定制,可以做到超薄,也可以做成圓柱形方形或三角形等。另外軟包電池容量更大、內阻更小、壽命更長,總的來說軟包電池性能更好。但是軟包電池目前型號較少,開發(fā)成本較高。

三、21700與18650電池的博弈

依照我國最新實施的國標文件GB/T34013-2017《電動汽車用動力蓄電池產品規(guī)格尺寸》,延續(xù)使用IEC對電池尺寸型號的命名方式,規(guī)定了“蓄電池產品尺寸規(guī)格通用要求”、“尺寸公差要求”和“尺寸范圍要求”,其中圓柱形電池規(guī)格尺寸有18650、21700、26650、26700、32700和32134等;方形電池有從65mm到217mm多種不同尺寸。

當前為了提升電池系統(tǒng)能量密度和減少電芯數(shù)量、從而降低成本,無論是方形、圓柱還是軟包電池都出現(xiàn)了單體電芯尺寸擴大化的發(fā)展趨勢。比較明顯的是,當前圓柱電池領域出現(xiàn)了18650向21700/26650升級的現(xiàn)象。

18650和21700是目前兩種主流型號。新型21700具有四大顯著的優(yōu)勢:

(1) 電池單體容量提升35%。以特斯拉生產的21700電池為例,從18650型號切換至21700型號后,電池單體電池容量可以達到3～4.8Ah,大幅提升35%。

(2)電池系統(tǒng)能量密度提升約20%。斯特拉披露的數(shù)據(jù)來看,早期使用的18650電池系統(tǒng)能量密度約250Wh/kg,后來其生產的21700電池系統(tǒng)能量密度在300Wh/kg左右,21700電池的體積能量密度比原有的18650高出近20%。

(3)系統(tǒng)的成本預計下降9%左右。從特斯拉披露的電池價格信息分析,21700電池的動力鋰電池系統(tǒng)售價為170美元/Wh,而18650電池系統(tǒng)的售價為185美元/Wh。在Model3上使用21700電池后,僅電池系統(tǒng)成本就可以下降約9%。

(4)系統(tǒng)的重量預計下降10%左右。綜合前文可知,21700整體體積大于18650,隨著單體容量提升后,單體能量密度更高,所以同等能量下所需電池單體的數(shù)量可減少約1/3,在降低系統(tǒng)管理難度的同時也將減少電池包采用的金屬結構件及電氣配件的數(shù)量,這進一步降低了電池的重量。三星SDI改用一套新型21700電池之后,發(fā)現(xiàn)系統(tǒng)相比目前的電池減少10%重量。

保持了18650型電池所具有的高可靠性和穩(wěn)定的性能, 21700電池性能在各方面均比18650有較大提升。此外,相較于其他電池型號,21700從電池原材料選用、制作工藝和技術流程等方面,都和技術較成熟的18650電池相似。因此18650與21700的產線大部分可以兼容,部分企業(yè)比較穩(wěn)妥的辦法是在生產線上做文章,將生產線向21700和18650兼容上靠攏。一些企業(yè)的生產線從國外進口,但組裝上都是自己進行,因此可以投入較少的成本實現(xiàn)18650向21700的轉化。

四、21700暴風來襲,掀起電池企業(yè)產品更迭浪潮

18650是最早由日本SONY公司開發(fā),當年為了節(jié)省成本而定下的一種標準性的鋰離子電池型號。18650作為傳統(tǒng)電池電芯,技術比較成熟,生產廠家較多,適配性很強,可以在3C數(shù)碼、無人機、電動工具等領域消化。而隨著新能源汽車興起,動力電池成為電池企業(yè)關注焦點。

特斯拉在生產電動汽車的時候,當年只有18650電池,但18650電池并非為動力電池而生。2008年,特斯拉首款車型便與松下展開合作,采用18650鈷酸鋰電池作為其動力電池。2017年1月4日,特斯拉宣布與松下聯(lián)合研發(fā)的新型21700電池開始量產,并強調這是目前可量產電池中能量密度最高且成本最低的電池。

2017年1月9日,三星SDI在松下之后適時推出了相同規(guī)格的新型電池21700。LG也表示21700電池將在2021年量產。由此21700掀起電池產品改革熱潮,國內外企業(yè)趨之若鶩研發(fā)生產21700動力電池,宣告全球動力電池正式進入21700時代。

比克電池:18650-2.75Ah動力電池電芯能量密度已經達到240Wh/Kg,正致力于研發(fā)高能量比的21700圓柱動力電池電芯。據(jù)悉目前已具備量產能力,預計在2018年能實現(xiàn)大批量生產。

億緯鋰能:2017年6月28日,4條21700與18650兼容的、年產能3.5GWh的全自動化生產線便建成投產,這是國內首條21700電池產線,這標志著我國圓柱電池正式邁入21700時代。

江蘇力神:作為鋰離子電池的龍頭企業(yè),力神在技術和產品上還是具備相當競爭力的,2015年又通過華霆動力開始大規(guī)模給江淮供應圓柱18650三元電芯。2017年7月20日宣布其21700產線正式投產,這是國內首家為21700產品定制的產線。

智慧能源:三元18650型鋰電池已有產能超3GWh, 2017年重點布局21700型電池,新建6條21700-5Ah的自動化生產線,21700總規(guī)劃規(guī)模達7GW。目前已和國內主流新能源智能汽車企業(yè)形成配套合作關系,并持續(xù)拓展戰(zhàn)略客戶新興互聯(lián)網車企等。

猛獅科技:在詔安生產基地實現(xiàn)第一條18650生產線順利達產后,公司投入研發(fā)力量開發(fā)了21700型圓柱電芯。2017年8月16日,猛獅科技2GW產能的21700電池產線開始建設,預計2019年上半年全部達產。

智航新能源:已有的18650電芯產線進行升級,且已經研發(fā)了21700鋰電池并具備相關生產條件,會根據(jù)市場的實際情況適時推出21700鋰電池。

創(chuàng)明新能源:國內最早批量裝車的三元18650電池生產企業(yè)之一,動力電池擁有眾多資質優(yōu)越的合作車企。據(jù)此前報道公司在早期就已經開始著手21700產品的研發(fā),其21700產線正在測試階段。

天鵬能源:預計2018年公司總產能將達到6GWh左右。二號生產基地配置的設備兼容生產21700型產品,可實現(xiàn)18650型和21700型的任意切換,產品能量密度可達200-240Wh/Kg。

天臣新能源:公司的18650電池主要用于“一高一低”兩個領域,“高”指類似特斯拉的高端乘用車;“低”指10萬元以下的微型車、物流車等。據(jù)悉其21700電池已經試產,預計在2018年內正式投產,單體電池容量4.5Ah

山木新能源:據(jù)報道已經成功量產21700電池。

安徽泰能:去年公布投資50億規(guī)劃建設生產21700動力電池。

橫店東磁:2016年起開始涉足動力電池產業(yè),生產的動力電池主要為18650型,計劃從2018年二季度開始進行21700電池的布局。

卓能新能源:數(shù)碼18650領域的領軍巨頭之一,其產品得到了整車廠的一致認可。卓能新能源表示未來將積極布局21700電池產線,以適應鋰電市場的變化。

海四達:總體產能已達到2.6GWh,產品涉及圓柱、方形和軟包三種路線。公司計劃2018年投資建設2條動力電池產線,其中包含一條21700型號動力電池產線,預計到2019年,海四達總產能將達到4GWh。

但這應該也不會是終點,江西華立源鋰能科技曾表示“21700只是一個起點”,市場應用上會更傾向重量更輕、能量密度更高方向繼續(xù)發(fā)展,電池制造企業(yè)在此需求基礎上也會在成本上追求突破點,以獲得更大收益。