18650要被21700取代？动力电池布局转变只是一个起点

电池家族中种类繁多,但是目前市场量产和重点研究开发的型号相对集中,21700上市到现在仅仅一年时间,就具摧枯拉朽之势,已经引领了电池企业布局高潮。传统的18650应用十分广泛,保持高市场占有率,未来是否会被21700取代?本文将进行简要分析。

一、什么是18650电池和21700电池?

电池行业领域通用的是一种IEC国际标准。IEC(国际电工委员会International Electrical Commission)为了促进世界电工电子领域的标准化而制定了IEC电池标准。IEC61960就是针对锂电池电芯及电池产品的电性能指标参数(容量、循环、内阻等)进行规范的标准。

根据IEC61960标准,锂电池电芯型号标识主要由以下部分组成:

第一部分(3个字母):

第1个字母表示电池的负极材料。I表示有内置电池的锂离子,L表示锂金属电极或锂合金电极。

第2个字母表示电池的正极主要活性材料。C表示基于钴的电极,N表示基于镍的电极,M表示基于锰的电极,V表示基于钒的电极,以及T表示基于钛的电极。

第3个字母表示电池的形状。R表示圆柱形的电池,L表示方形的电池。

第二部分(5/6位数字):

圆柱形电池字母后跟5位数字代表电池尺寸规格,前两位代表圆形直径(mm)、中间两位代表电池高度(mm)*10,最后一位没有含义为0。当以上任意规格>=100mm,两个数字之间加“/”。常见的型号如14500,14650, 17490,18500, 18650,26500。

常见圆柱形电芯规格型号:比克18650 2200mAh 3.7V ,三洋18650 2500mAh 3.7V。

方形电池字母后跟6位数字,同样也代表电池尺寸规格,前两位代表电池厚度(mm),中间两位为电池宽度(mm),最后两位为电池高度(mm)。当以上任意规格>=100mm,两个数字之间加“/”;当以上任意规格<1mm,则在此尺寸前加字母“t”,并将此单位扩大10倍。常见比克、三洋方型电芯规格型号:比克063450A 1200mAh 3.7V ,三洋UF103450P 1880mAh 3.7V。

方形电池在规格最后可加一位字母,表示电池材质,S代表钢壳,A代表铝壳。

最后,可再加一位数字,表示并联的电池单体数量,如果为1则不显示。

˙ ICR18650型号表示:圆柱形锂离子电池,正极主要材料为钴,直径18mm,高度65mm

˙ ICR20/1050型号表示:圆柱形锂离子电池,正极材料为钴,直径20mm,高度105mm

˙ ICP063048S型号代表:方形二次锂离子电池,正极主要材料为钴,厚度为6毫米,宽度为30毫米,高度为48毫米,S代表钢壳

˙ ICPt733448型号表示:方形二次锂离子电池,正极材料为钴,厚度为0.7mm,宽度为34mm,高度为48mm。

二、为何市场选用圆柱形电池?

首先从电池性能和生产成本的角度,讲讲几种不同形状电池的特点。

圆柱形电池是最古老的电池形态,它的优点包括生产工艺成熟,产品良率高,电池结构稳定,应用范围广,综合性能突出,整体成本有优势。其缺点也比较明显,圆柱形电池一般采用钢壳或铝壳封装,会比较重,比能量相对较低。而且安全性较差,电池循环寿命较短。而且因为体积小巧可以在很多范围内使用。

随着动力电池兴起,方形电池在国内应用普及率越来越高。而且相对于圆柱形电池,方形电池结构简单,重量较轻比能量较高。由于方形可依需求定制尺寸,故市场上型号较多,工艺很难统一,对成本来说是个挑战。

目前市场上还有软包电池,软包电池与圆柱形及方形相比,因其外包装为铝塑材料制成,只会鼓涨而不会爆炸,故安全性能更好,而且重量也更轻便。其形状可以依据需求定制,可以做到超薄,也可以做成圆柱形方形或三角形等。另外软包电池容量更大、内阻更小、寿命更长,总的来说软包电池性能更好。但是软包电池目前型号较少,开发成本较高。

三、21700与18650电池的博弈

依照我国最新实施的国标文件GB/T34013-2017《电动汽车用动力蓄电池产品规格尺寸》,延续使用IEC对电池尺寸型号的命名方式,规定了“蓄电池产品尺寸规格通用要求”、“尺寸公差要求”和“尺寸范围要求”,其中圆柱形电池规格尺寸有18650、21700、26650、26700、32700和32134等;方形电池有从65mm到217mm多种不同尺寸。

当前为了提升电池系统能量密度和减少电芯数量、从而降低成本,无论是方形、圆柱还是软包电池都出现了单体电芯尺寸扩大化的发展趋势。比较明显的是,当前圆柱电池领域出现了18650向21700/26650升级的现象。

18650和21700是目前两种主流型号。新型21700具有四大显著的优势:

(1) 电池单体容量提升35%。以特斯拉生产的21700电池为例,从18650型号切换至21700型号后,电池单体电池容量可以达到3～4.8Ah,大幅提升35%。

(2)电池系统能量密度提升约20%。斯特拉披露的数据来看,早期使用的18650电池系统能量密度约250Wh/kg,后来其生产的21700电池系统能量密度在300Wh/kg左右,21700电池的体积能量密度比原有的18650高出近20%。

(3)系统的成本预计下降9%左右。从特斯拉披露的电池价格信息分析,21700电池的动力锂电池系统售价为170美元/Wh,而18650电池系统的售价为185美元/Wh。在Model3上使用21700电池后,仅电池系统成本就可以下降约9%。

(4)系统的重量预计下降10%左右。综合前文可知,21700整体体积大于18650,随着单体容量提升后,单体能量密度更高,所以同等能量下所需电池单体的数量可减少约1/3,在降低系统管理难度的同时也将减少电池包采用的金属结构件及电气配件的数量,这进一步降低了电池的重量。三星SDI改用一套新型21700电池之后,发现系统相比目前的电池减少10%重量。

保持了18650型电池所具有的高可靠性和稳定的性能, 21700电池性能在各方面均比18650有较大提升。此外,相较于其他电池型号,21700从电池原材料选用、制作工艺和技术流程等方面,都和技术较成熟的18650电池相似。因此18650与21700的产线大部分可以兼容,部分企业比较稳妥的办法是在生产线上做文章,将生产线向21700和18650兼容上靠拢。一些企业的生产线从国外进口,但组装上都是自己进行,因此可以投入较少的成本实现18650向21700的转化。

四、21700暴风来袭,掀起电池企业产品更迭浪潮

18650是最早由日本SONY公司开发,当年为了节省成本而定下的一种标准性的锂离子电池型号。18650作为传统电池电芯,技术比较成熟,生产厂家较多,适配性很强,可以在3C数码、无人机、电动工具等领域消化。而随着新能源汽车兴起,动力电池成为电池企业关注焦点。

特斯拉在生产电动汽车的时候,当年只有18650电池,但18650电池并非为动力电池而生。2008年,特斯拉首款车型便与松下展开合作,采用18650钴酸锂电池作为其动力电池。2017年1月4日,特斯拉宣布与松下联合研发的新型21700电池开始量产,并强调这是目前可量产电池中能量密度最高且成本最低的电池。

2017年1月9日,三星SDI在松下之后适时推出了相同规格的新型电池21700。LG也表示21700电池将在2021年量产。由此21700掀起电池产品改革热潮,国内外企业趋之若鹜研发生产21700动力电池,宣告全球动力电池正式进入21700时代。

比克电池:18650-2.75Ah动力电池电芯能量密度已经达到240Wh/Kg,正致力于研发高能量比的21700圆柱动力电池电芯。据悉目前已具备量产能力,预计在2018年能实现大批量生产。

亿纬锂能:2017年6月28日,4条21700与18650兼容的、年产能3.5GWh的全自动化生产线便建成投产,这是国内首条21700电池产线,这标志着我国圆柱电池正式迈入21700时代。

江苏力神:作为锂离子电池的龙头企业,力神在技术和产品上还是具备相当竞争力的,2015年又通过华霆动力开始大规模给江淮供应圆柱18650三元电芯。2017年7月20日宣布其21700产线正式投产,这是国内首家为21700产品定制的产线。

智慧能源:三元18650型锂电池已有产能超3GWh, 2017年重点布局21700型电池,新建6条21700-5Ah的自动化生产线,21700总规划规模达7GW。目前已和国内主流新能源智能汽车企业形成配套合作关系,并持续拓展战略客户新兴互联网车企等。

猛狮科技:在诏安生产基地实现第一条18650生产线顺利达产后,公司投入研发力量开发了21700型圆柱电芯。2017年8月16日,猛狮科技2GW产能的21700电池产线开始建设,预计2019年上半年全部达产。

智航新能源:已有的18650电芯产线进行升级,且已经研发了21700锂电池并具备相关生产条件,会根据市场的实际情况适时推出21700锂电池。

创明新能源:国内最早批量装车的三元18650电池生产企业之一,动力电池拥有众多资质优越的合作车企。据此前报道公司在早期就已经开始着手21700产品的研发,其21700产线正在测试阶段。

天鹏能源:预计2018年公司总产能将达到6GWh左右。二号生产基地配置的设备兼容生产21700型产品,可实现18650型和21700型的任意切换,产品能量密度可达200-240Wh/Kg。

天臣新能源:公司的18650电池主要用于“一高一低”两个领域,“高”指类似特斯拉的高端乘用车;“低”指10万元以下的微型车、物流车等。据悉其21700电池已经试产,预计在2018年内正式投产,单体电池容量4.5Ah

山木新能源:据报道已经成功量产21700电池。

安徽泰能:去年公布投资50亿规划建设生产21700动力电池。

横店东磁:2016年起开始涉足动力电池产业,生产的动力电池主要为18650型,计划从2018年二季度开始进行21700电池的布局。

卓能新能源:数码18650领域的领军巨头之一,其产品得到了整车厂的一致认可。卓能新能源表示未来将积极布局21700电池产线,以适应锂电市场的变化。

海四达:总体产能已达到2.6GWh,产品涉及圆柱、方形和软包三种路线。公司计划2018年投资建设2条动力电池产线,其中包含一条21700型号动力电池产线,预计到2019年,海四达总产能将达到4GWh。

但这应该也不会是终点,江西华立源锂能科技曾表示“21700只是一个起点”,市场应用上会更倾向重量更轻、能量密度更高方向继续发展,电池制造企业在此需求基础上也会在成本上追求突破点,以获得更大收益。