購(gòu)買(mǎi)了一輛純電動(dòng)車(chē)，重達(dá)千斤被安裝在車(chē)輛的底盤(pán)位置，又被白車(chē)身框架牢牢保護(hù)的電池包，是由大量的電池單體通過(guò)正負(fù)極相連組成的，可您知道電池單體的形狀分為哪幾類(lèi)嗎？本著學(xué)到老活到老的求知態(tài)度，今天咱們就來(lái)聊聊當(dāng)下熱門(mén)電池類(lèi)型之一的圓柱電池。

　　幾千節(jié)電池驅(qū)動(dòng)車(chē)輛行駛？

　　提起電池這個(gè)詞匯，相信大家肯定都不陌生，如今新能源汽車(chē)市場(chǎng)常見(jiàn)的有圓柱電池、方形電池和軟包電池。圓柱電池是我們平時(shí)能經(jīng)常接觸到的電池類(lèi)型，在遙控器、兒童玩具和無(wú)線鼠標(biāo)等內(nèi)部，都能看到圓柱電池的身影。

　　但要說(shuō)特斯拉旗下車(chē)型所搭載的電池包，就是由密密麻麻多達(dá)幾千節(jié)圓柱電池組成的，是不是感覺(jué)有些匪夷所思呢？雖然可能有些出乎意料，可事實(shí)卻真的是如此。

　　以特斯拉Model S這款車(chē)型為例，在以前電池包容量為85kW·h的版本車(chē)型中，其內(nèi)部就曾填充有約7000多節(jié)圓柱電池，不過(guò)這些電池和平時(shí)我們接觸的5號(hào)、7號(hào)圓柱電池不同，它是由松下公司生產(chǎn)提供的18650圓柱鋰電池（以下簡(jiǎn)稱(chēng)18650電池）。

　　之所以要使用圓柱鋰電池為基礎(chǔ)的電池包，是因?yàn)檫@種電池早在1990年就已經(jīng)被開(kāi)發(fā)出來(lái)，最早它的名字叫LIB(Lithium IonBattery）電池，直譯過(guò)來(lái)也就是鋰離子電池。隨后索尼公司制訂了18650電池的標(biāo)準(zhǔn)，并于1991年正式推出了商用級(jí)別的18650電池，裝配到自家的攝像機(jī)中，直到后來(lái)它逐漸被市場(chǎng)認(rèn)可，成為了電池行業(yè)中成熟度高、普及率廣的電池類(lèi)型，在充電寶、筆記本電池等內(nèi)部就常有它的身影。

　　又因?yàn)樘厮估M(jìn)入純電動(dòng)車(chē)型市場(chǎng)的時(shí)間較早，當(dāng)時(shí)18650電池的各項(xiàng)標(biāo)準(zhǔn)都已經(jīng)非常成熟，在市場(chǎng)中也有不少電池公司能做到大批量的生產(chǎn)，綜合安全、成本等方面的考究，特斯拉最終也就將目標(biāo)鎖定在18650電池上了。如今特斯拉除了使用型號(hào)為18650、2170的圓柱電池，在未來(lái)還計(jì)劃將型號(hào)為4680的圓柱量產(chǎn)裝車(chē)。

　　但我們要知道圓柱電池并非是鋰電池的專(zhuān)利，像鎳氫電池、鎳鎘電池也都有圓柱的設(shè)計(jì)，我們生活中常見(jiàn)的南孚電池，它就屬于是鋅錳電池。通俗點(diǎn)來(lái)說(shuō)圓柱電池就是一種包裝形式，就像是不同口味的包子，牛肉餡、豬肉餡、韭菜雞蛋餡等等，雖然外面都是一層白白的面皮，可內(nèi)部卻是酸甜苦辣大有乾坤。

　　一串?dāng)?shù)字代表了電池的身份？

　　可能細(xì)心的朋友已經(jīng)注意到，為什么要給電池取一串?dāng)?shù)字的代號(hào)呢？除了區(qū)分電池的不同型號(hào)外，這串?dāng)?shù)字還蘊(yùn)含有電池的基礎(chǔ)信息。以18650電池為例，其中的“18”代表的是電池直徑為18mm，“65”代表的是電池長(zhǎng)度為65mm，“0”則表示這是一個(gè)圓柱電池。

　　從2170、4680的數(shù)字信息中可以看出，這兩者的直徑分別是21mm和46mm，長(zhǎng)度分別為70mm和80mm。值得注意的是2170、4680的命名和18650有些不同，它們簡(jiǎn)化掉了末尾的“0”，可不要把它們的長(zhǎng)度誤讀為7mm和8mm了。

　　圓柱電池代號(hào)的那串?dāng)?shù)字?jǐn)?shù)值越大，就代表著電池越粗越大，這也就表明其內(nèi)部的電池容量越大，單節(jié)18650、2170、4680的電池容量分別為3100mAh、5000mAh和9000mAh。以使用2170電池的Model 3為例，它的電池包內(nèi)部包含有4000多節(jié)2170電池，相比Model S的7000多節(jié)少了將近一半的數(shù)量。

　　如果按照?qǐng)A柱電池的命名邏輯，日常中常見(jiàn)的5號(hào)電池的直徑一般為14mm，長(zhǎng)度為50mm，以后出門(mén)買(mǎi)電池可以和商店老板大聲說(shuō)“老板，給我來(lái)兩節(jié)14500電池”，聽(tīng)起來(lái)就有種非常專(zhuān)業(yè)的范兒。

　　其實(shí)除了電池型號(hào)的不同命名，18650、2170和4680三者還有一個(gè)共同的種類(lèi)名稱(chēng)—NCM811。其中的NCM分別代表的是電池的正極材料主要成分是鎳(Ni)、鈷(Co)、錳(Mn)，三者的用量大約成8：1：1的比例，這也是后綴“811”的由來(lái)，在這里和大家講個(gè)冷知識(shí)，鈷(Co)因?yàn)橘Y源稀缺的緣故，其價(jià)格比黃金（Au）要高得多。

　　一節(jié)電池的成功之路！

　　在內(nèi)部結(jié)構(gòu)方面，圓柱電池的內(nèi)部主要包括有正極、負(fù)極、隔膜、電解液、保護(hù)閥、排氣孔等結(jié)構(gòu)，它的生產(chǎn)流程主要有電極制作、卷繞、組裝和化成等環(huán)節(jié)。

　　通俗點(diǎn)來(lái)說(shuō)，圓柱電池就像一份雞蛋灌餅，在爐子上將面糊攤成圓形后，加入一些蔥花、香菜、煎雞蛋、香腸等配料，最終折疊成形并斬成兩段裝好交給客戶(hù)，其中各種配料就是指正負(fù)極等結(jié)構(gòu)，攤、斬則、折疊則是指生產(chǎn)流程。

　　值得注意的是，無(wú)論是圓柱電池、方形電池還是軟包電池，因?yàn)殡姵乇旧碜詭У奶厥鈱傩?，在極寒、極熱等環(huán)境電池內(nèi)部的化學(xué)反應(yīng)活性會(huì)降低，且電阻會(huì)隨之升高，內(nèi)部的膈膜通透能力減弱，所以正極向負(fù)極流動(dòng)的電子也跟著變少，最終導(dǎo)致車(chē)輛續(xù)航里程會(huì)跟著溫度變化有著不同程度的打折。

　　生產(chǎn)出來(lái)的大批量18650電池，經(jīng)過(guò)挑選后的每節(jié)良品會(huì)按照并聯(lián)的方式進(jìn)行組裝連接，之后就像做千層蛋糕似的，多節(jié)電池組成電池磚，多個(gè)電池磚組成電池片，電池片再進(jìn)行排序封裝，最終幾千節(jié)18650電池共同組成了電池包。

　　其實(shí)使用技術(shù)、標(biāo)準(zhǔn)、生產(chǎn)都已經(jīng)非常成熟的產(chǎn)品，除了考慮安全、成本等因素的影響，還擁有防止被卡脖子的風(fēng)險(xiǎn)。就拿18650電池舉例來(lái)說(shuō)，像松下、索尼、三星、LG等都具備大批量生產(chǎn)這種電池的能力，因此特斯拉就不必?fù)?dān)心某個(gè)供應(yīng)商突然要求漲價(jià)的可能性。

　　同時(shí)，讓這些企業(yè)按照既定的標(biāo)準(zhǔn)去生產(chǎn)18650電池，或者是2170、4680電池，將電池收購(gòu)過(guò)來(lái)后就可以按照自己的需求，使用各種各樣的排序方式和封裝工藝，讓最終的電池包具有多樣化屬性，以便于和不同車(chē)型進(jìn)行匹配，這種省時(shí)省力的模組化理念早已在各行業(yè)被廣泛應(yīng)用了。

　　在安全方面，圓柱電池在充放電時(shí)，極耳產(chǎn)生的熱量有可能會(huì)引發(fā)熱失控的風(fēng)險(xiǎn)。所謂極耳，它貫穿了整個(gè)圓柱電池，電池在放電時(shí)內(nèi)部的電子會(huì)從正極極耳向負(fù)極極耳流動(dòng)，因?yàn)榻饘倬哂袑?dǎo)電性的同時(shí)，還會(huì)有著對(duì)電流阻礙作用的電阻，所以在電阻的作用下充放電時(shí)極耳會(huì)產(chǎn)生許多熱量，在電池的頂部、底部的凸起便是我們?nèi)庋勰芸吹降臉O耳。

　　其實(shí)可以將極耳看作是A點(diǎn)通往B點(diǎn)的一條狹窄道路，道路上的行人、車(chē)輛來(lái)來(lái)往往，人流、車(chē)流密度高不免會(huì)出現(xiàn)一些交通事故，其中的行人、車(chē)輛可以理解為電子，發(fā)生的交通事故則是電子從正極流向負(fù)極產(chǎn)生的熱量。

　　單節(jié)圓柱電池產(chǎn)生1份熱量，那么電池包內(nèi)部的幾千節(jié)就有幾千份熱量，這些熱量積壓在一起如果電池管理系統(tǒng)不給力，就有可能造成車(chē)輛自燃起火等現(xiàn)象。為了擺脫這一尷尬的困境，特斯拉申請(qǐng)了無(wú)極耳技術(shù)專(zhuān)利，上文提到的4680電池就使用了無(wú)極耳技術(shù)。

　　失去“耳朵”卻實(shí)力大增

　　從字面上來(lái)看無(wú)極耳像是把電池內(nèi)部的極耳去掉了，事實(shí)上來(lái)說(shuō)它是把之前A點(diǎn)通往B點(diǎn)的一條窄路，現(xiàn)在擴(kuò)充整改為了多條寬敞的大道，道多又寬敞那么行人、車(chē)輛的密度會(huì)大大降低，發(fā)生交通事故的概率也就隨之降低了。降低了在充放電時(shí)極耳產(chǎn)生熱量引發(fā)熱失控的風(fēng)險(xiǎn)，圓柱電池的安全可謂是“更上一層樓”。

　　除此之外，4680電池還使用了硅負(fù)極材料和干電極等技術(shù)，這些技術(shù)的主要作用是提升電池單體的能量密度，通俗點(diǎn)說(shuō)也就是讓一節(jié)電池能夠儲(chǔ)存更多的電量。

　　值得一提的是，不同于18650電池節(jié)→磚→片→包的模組化結(jié)構(gòu)，4680電池在CTC（Cell to Chassis）集成技術(shù)的基礎(chǔ)上，單節(jié)電池不再需要復(fù)雜的封裝，只需將單節(jié)4680電池按照順序正負(fù)極相連，以無(wú)模組化的形式和白車(chē)身結(jié)構(gòu)直接融合為一體，這樣設(shè)計(jì)減少了整個(gè)電池包的總重量，相對(duì)而言提升了車(chē)輛的續(xù)航里程。

　　在電池的數(shù)量方面，因?yàn)?680電池相比2170電池有著更大的電池容量，官方稱(chēng)將使用960節(jié)4680電池組成的電池包，為特斯拉旗下的車(chē)型提供動(dòng)力源泉，相對(duì)Model 3使用了4000多節(jié)2170電池來(lái)說(shuō)，其數(shù)量已經(jīng)縮減至千節(jié)以?xún)?nèi)了，這對(duì)于后續(xù)的管理維護(hù)有著很大的益處。

　　從數(shù)據(jù)上來(lái)看，使用2170電池的特斯拉Model 3，它所搭載的電池包能量密度為170Wh/kg，未來(lái)使用4680電池組成的電池包，其能量密度或許能達(dá)到300Wh/kg。

　　小小電池能活一百年？

　　除了電池容量的問(wèn)題，電池的循環(huán)壽命也是一大重要問(wèn)題，根據(jù)電池類(lèi)型、電壓的不同，其壽命次數(shù)也是不相同的，按照國(guó)內(nèi)汽車(chē)行業(yè)的標(biāo)準(zhǔn)，電池經(jīng)過(guò)1000次充放電循環(huán)后，其實(shí)際容量應(yīng)該大于初始容量的80%。

　　以18650電池為例，它的循環(huán)壽命根據(jù)電池電壓的不同，一般充放電次數(shù)在500~2000次的區(qū)間，從參數(shù)上看是滿(mǎn)足國(guó)內(nèi)標(biāo)準(zhǔn)的。假設(shè)搭載18650電池包的特斯拉Model S，保守點(diǎn)估算它充滿(mǎn)電后能行駛400公里，以1000次的充放電循環(huán)次數(shù)為準(zhǔn)，那么電池包的實(shí)際使用壽命約為40萬(wàn)公里左右，如果按照1年行駛2萬(wàn)公里的里程計(jì)算，大約可以正常使用20年。

　　當(dāng)然靠官方數(shù)據(jù)可能信服力還不夠，曾經(jīng)就有過(guò)一名德國(guó)的特斯拉車(chē)主，駕駛一輛在2014年購(gòu)買(mǎi)的特斯拉Model S，共計(jì)實(shí)際行駛了100萬(wàn)公里，被收錄于《吉尼斯世界紀(jì)錄大全》中，在這場(chǎng)100萬(wàn)公里的行駛里程壯舉中，車(chē)主曾經(jīng)更換過(guò)3次電池包。

　　如今這輛特斯拉Model S的實(shí)際行駛里程已經(jīng)超過(guò)了160萬(wàn)公里，根據(jù)資料顯示第一塊電池包行駛了約29萬(wàn)公里，第二塊屬于是特斯拉臨時(shí)給車(chē)主換的電池包，共行駛了約25萬(wàn)公里，第三塊電池包在行駛了約46萬(wàn)公里時(shí)，其電池包實(shí)際容量仍有初始容量的86%之多，按照如今超160萬(wàn)公里計(jì)算的話，第三塊電池包已經(jīng)行駛約有100萬(wàn)公里了。

　　考慮到這輛車(chē)是從2014年開(kāi)始上路行駛的，距離現(xiàn)在已經(jīng)過(guò)去了七八年，在這幾年的時(shí)間里電池技術(shù)也在不斷更新迭代，所以現(xiàn)在電池包的壽命要想實(shí)際行駛40萬(wàn)公里，從技術(shù)層面應(yīng)該是不難做到的。

　　在電池循環(huán)壽命方面，特斯拉在2019年就遞交過(guò)一項(xiàng)，可以支持車(chē)輛行駛100萬(wàn)英里（約160.9萬(wàn)公里）的鎳鈷鋁（NCA）電池專(zhuān)利申請(qǐng)。在今年5月份特斯拉和達(dá)爾豪西大學(xué)又聯(lián)合發(fā)表過(guò)一篇論文，論文內(nèi)容的主題是研究一種可以使用100年的新型鎳基電池，但從目前的技術(shù)層面來(lái)看，因?yàn)檫@種電池的成本非常高，所以在未來(lái)短期的時(shí)間內(nèi)，應(yīng)該不會(huì)將這種電池量產(chǎn)裝車(chē)。

　　圓柱電池成了“香餑餑”？

　　除了特斯拉目前在大量使用圓柱電池外，如今德系百年老牌車(chē)企大眾和寶馬也有意想要使用圓柱電池。在今年的7月份，曾獲得大眾、寶馬等企業(yè)投資的瑞典電池公司Northvolt，它研發(fā)的2170電池未來(lái)可能向大眾、寶馬、沃爾沃等車(chē)企供應(yīng)，有小道消息稱(chēng)這家公司是基于大眾的要求才去研發(fā)的2170電池。

　　在今年的9月份，有消息稱(chēng)信新一代寶馬iX4預(yù)計(jì)在2026年開(kāi)始生產(chǎn)，新車(chē)將使用全新的Neue Klasse平臺(tái)，并配套搭載第六代電池系統(tǒng)，更重要的是新一代電池系統(tǒng)使用的電池包可能會(huì)由圓柱電池組成。

　　同樣在今年的9月份，寶馬又官宣和寧德時(shí)代合作，將使用寧德時(shí)代生產(chǎn)供應(yīng)的直徑為46mm的圓柱電池，這種電池的生產(chǎn)標(biāo)準(zhǔn)則是寶馬提出的，而且為了匹配寶馬以后全新的純電動(dòng)架構(gòu)，在同一直徑下寶馬還給出了兩種不同高度的圓柱電池生產(chǎn)標(biāo)準(zhǔn)，這也說(shuō)明了寶馬在未來(lái)的純電動(dòng)車(chē)型可能會(huì)大批量使用圓柱電池包。

　　寫(xiě)在最后

　　圓柱電池的發(fā)展雖然只有二三十年的歷史，但隨著新能源汽車(chē)的大力發(fā)展，它的更新迭代速度也是十分地迅速，從最早的18650系列到現(xiàn)在的4680系列，特斯拉、大眾、寶馬等車(chē)企都相繼走向圓柱電池的陣營(yíng)。在未來(lái)的新能源汽車(chē)市場(chǎng)，還會(huì)有其它車(chē)企使用圓柱電池組成的電池包嗎？這個(gè)問(wèn)題的答案值得讓人期待。