18650锂电池电解液干货｜18650圆柱电池设计要点|上海羊羽卓进出口贸易有限公司

干货｜18650圆柱电池设计要点

来源：走进锂电技术

众所周知，市场上主流的锂离子电池按照壳体类型和形状可分为三大类：软包、方形铝壳和圆柱。自从2015年国内新能源汽车开始火爆以来，动力锂离子电池也是迎来了少见的黄金期，当然这是和国家政策和补助直接关联的。

究竟软包、方形铝壳和圆柱三种类型电池哪一种最适合动力汽车？

事实上各有优点，且每家情况不一，所以是仁者见仁智者见智，讨论是没有结果和意义的。

后续我会分别对三种电池的一些重要的设计要点进行分析论述。本期我谈谈18650圆柱电池的工艺设计要点。

一、注液量：

一般来说，三元系18650 2.6-3.2Ah圆柱电池注液量在5-5.5g之间。具体注液量要看正负极材料的物理参数（比表面积、形貌、粒径分布）、卷绕松紧度、面密度、压实密度等。

如果注液量不足，会造成内部无法完全浸润，内阻偏大，循环次数少等。 严重的会导致析锂进而发生危险；如果注液量过大，会造成内部空间不足（内压大）、容量衰减快、增加成本等。这里说一下，注液量大会造成容量衰减快是因为负极，特别是温度高和在充电过程中的时候，富裕游离态电解液会和活性较大负极锂碳化合物反应，消耗有效物质。

一般厂家确定注液量的方法是将卷绕好的电芯浸入电解液中，计算前后差重，再富余0.2-0.4g，最后即为最佳注液量。当然，此方法虽然简单可行，但严谨性不足。最好的方法是梯度注液量分别做电化学性能实验，最终兼顾倍率、高低温、循环等。

具体的也要看电池的具体用途来确定合适注液量是比较科学的。

锰锂铁锂等原理基本类似。不赘述。

二、松紧度：

松紧度的计算是正极、负极、隔膜和卷针空隙的底面积总和除以圆柱电池内底面积。一般为88%-93%。

同样，具体松紧度要看电池的用途和你要求的最终电池的各项性能决定的。松紧度太低，会造成空间浪费成本增加、电解液难以浸润（耗液）、电芯晃动等；松紧度过高，会造成后续电芯膨胀导致的空间不足，影响电化学性能、内压大CID易断开等。

一般来说，倍率电池松紧度低一些，一般在91%以下；容量电池松紧度高一些，有的甚至能超过95%。其中原因可以可以思考一下，很简单。

需要说明的是，考虑到材料不同（如负极物性参数）、设计参数不同（如压实密度）等，后续电池膨胀系数也不同。我们设计的时候要实际综合考虑。

三、极耳数：

极耳数增加只能有限的增加电池的交流内阻，和最终使用过程中的直流内阻没有直接关系。且增加极耳数会增加电池工艺设计难度，增加成本和最终使用风险。所以为了增加最终电池容量或者倍率性能而片面增加极耳数是否可行，设计时一定要慎重。

原因大概说一下：增加极耳数意味着留白和极耳焊工序增加机器、材料和人工，成本自然增加；增加极耳数也会影响极片张力，造成张力不均，增加卷绕难度和风险；极耳处焊点包胶处理不当会刺穿隔莫；极耳处电流密度最大，电极电势最低，增加了析锂的概率。

一般设计是，容量电池正负极各一个极耳足以；倍率电池可以考虑多加极耳，但最终决定性能的是直流内阻。

举个例子：正常不含PTC电池正负极各一个极耳，交流内阻为30mΩ，1C放电直流内阻为50mΩ；现在负极增加一个极耳，交流内阻为20mΩ，但1C放电直流内阻可能为48mΩ。所以说，最终看的是电池的浓差极化和电化学极化带来的直流内阻。

一句话，极耳数增加有利有弊，具体看要求。

四、中心针：

有些圆柱电池厂家最后会在卷针中心放置不锈钢卷心针。

基本参数（力神卷芯为例）：

其作用为：

1、内部支撑作用：

电池在使用过程中会发生很多次锂离子的脱嵌反应，同时内部材料也会随着时间发生老化现象。这就会造成电池在循环到一定次数的时候整个卷芯可能发生变形，由于卷芯内部存在空腔，就会无法阻止卷芯向内部形变的应力，轻则电池由于形变会导致电化学性能变差，重则可能发生内短路，继而发生安全威胁。

如上图所示，电池循环一定次数后，卷芯内部有塌陷现象，且整体电芯有轻微形变。而有中心针电芯不会出现此情况。

2、应对电池喷射试验：

锂离子测试UL1642中有喷射测试 (Projectile Test)，即要求电池被高温加热时不能有电芯或电池的部分穿透筛网或整个电芯或电池突出筛网，即不能有异物喷出较大距离。有中心针可以增加一个气体喷出的通道，如此一来卷芯就不会喷出。如下图是有中心针的圆柱电池，燃烧后没有物质喷出。

中心针有利有弊，具体是否需要要看具体要求和工艺控制等。以我来看，是没有必要的。

五、极片对应：

极片对应分四种：1、正极粉料对应负极粉料 2、正极粉料对应负极箔材、3 正极箔材对应负极粉料 4 正极箔材对应负极箔材。

其中2我们很好理解，如此设计会造成负极箔材析锂，后果很严重，故不可取。

事实上3也同样严重，我们设计中一定要杜绝！原因如下：

上图是力神某博士所做的研究，也是行业普遍认可的。具体原因说的很清楚。所以我们在设计过程中一定要注意，这一点往往被部分企业忽略。

结语：时间有限，本期暂时对圆柱电池的设计工艺分析至此。下一期我们继续探讨圆柱电池设计过程中的工艺原理和注意事项。

来源：走进锂电技术

能量密度达250Whkg，比克发布新品18650-30Ah高能芯电池

电芯比能量大小可直观衡量一家动力电池企业的技术水平，而比克在三元电池大幅提高应用比例的今天，又率先实现了比能量的提升。

5月16日，比克电池上市发布18650-3.0Ah高能芯新品，该产品能量密度高达250Wh/kg，这是比克在2.75Ah动力电池电芯（18650）能量密度达240Wh/Kg之后，又一次技术提升。此外，比克3.0高能芯目前产能为6.5GWh，日产200万颗，将被打造成18650体系中具极致性能的标准单品，可支持电动乘用车500公里超长续航里程。

18650-3.0Ah高能芯新品发布现场

“比克18650-3.0Ah电芯产品在国内率先发布并实现量产，未来两年, 18650电芯将突破3.0 达到3.3Ah，达到18650体系的极致性能。比克也预先布局了21700产品并已实现量产，未来将以4.5-6.0Ah的更高能量密度，为新能源汽车提供更高能量、更强动力。” 深圳市比克动力电池有限公司副总裁王潘表示。

深圳市比克动力电池有限公司副总裁王潘

比克三元动力电池市场占比约30%

比克电池不断研发和提高能量密度的背后既有政策推动又有市场需求。根据《中国汽车产业中长期发展规划》要求，到2020年动力电池单体比能量需达到300Wh/kg以上，并且2018年新能源汽车补贴门槛也进一步提高。因此，在保证安全性的前提下，提升动力电池比能量对新能源汽车产业的发展和推广愈发重要。

第一电动研究院数据显示，2017年全球新能源乘用车（纯电动+插混）销量达到122.3万辆，较2016年大幅成长58%，其中中国以57.8万辆的新能源乘用车销量占据全球市场的50%份额。

而随着中国及全球新能源汽车推广量不断提升及人们对高续航车型的追求，三元电池由于自身特性优势成为市场主流。三元动力电池销量占比也从2015年的21%上升至2016年的27%，再到2017年占比近50%，三元电池掌握市场话语权。

作为国内为数不多的专注于圆柱动力电池的企业，比克电池全面覆盖新能源乘用车、商用车、专用车，在与江淮、众泰、一汽、海马、东风等传统车企密切合作同时，也为零跑、云度、奇点、小鹏等新锐车企提供电芯。其中众泰汽车是比克的大客户，在三元动力电池领域，比克电池占据约30%的市场份额，在国产三元动力圆柱电池领域电池供应商中排名第一。

至2017年12月，比克动力电池产能已达8GWh，累计装车达11万辆，单车最长行驶记录超40万公里。

比克3.0高能芯达250Wh/kg，零跑汽车或成首批用户

据介绍，比克3.0高能芯具备比能量高、寿命长、充电快、安全性高等特点。第一，该产品通过引入硅系负极材料、高镍正极材料及专门开发的电解液，其能量密度高达近250Wh/kg，可实现500公里超长续航里程；

第二，支持3000次深度循环，并具备良好高低温放电性能。实际案例显示，搭载比克电池的北京首批新能源出租车单车行驶40万公里后电池衰减小于30%；

第三，该产品的高能材料实现高倍率充放电，通过充电策略设计，有效缩短充电时间，提高充电效率。以目前应用比克18650-2.75Ah电芯驱动的零跑LP-S01为例，整包电量36kWh，预计最大续航里程为360km，NEDC工况下为250km。慢充模式下8-10小时可充电100%，快充模式下48分钟可充电80%以上。在极端的应急模式下，充电10分钟可行驶60公里。

第四，安全性高。释压均匀的对称式结构、避免热失控的安全阀、国内独立开发正极保护添加剂及17道生产工序数据贯通严格把控电芯品质，形成四重安全保障体系。