你将学习:
- 锂离子电池的尺寸、格式和化学成分的最新趋势。
- 目前流行的锂离子电池有哪些性能特点?
- 每个锂离子电池的主要供应商是谁?
从消费类电子产品到电动汽车，电池的基本组成部分就是锂离子电池。
锂离子电池往往不是独立的部件。它们串联或并联在一起，形成一个最终的组件，称为电池组。但是对于每个电池组来说，所选择的电池将决定整个电池的寿命和性能。电池的性能特性决定了最终电池组的大小、重量、电压、电流、功率和环境性能。
锂离子电池有三种基本的形状:圆柱形、棱柱形(或砖形)和扁平的矩形锂聚合物电池。金属封装的圆柱形电池的标准格式为18650(直径18mm × 65mm高)、21700 (21 × 70mm)或26650 (26 × 65mm)。在圆柱形和棱柱形电池中，电池材料层像果冻卷一样卷在里面。圆柱形和棱柱形的锂离子电池被封装在金属罐中。
棱柱状或砖状电池通常具有成本效益，并且有各种尺寸可供选择。棱镜电池的主要特点之一是金属罐顶部带有终端的压力排气口。棱柱状细胞上的正、负端为从该细胞突出的片。在有空间限制的多电池包中，推荐使用棱镜，因为其矩形形状导致电池间的空气间隙最小。
锂聚合物电池，有时被称为“层压板”电池，可以定制。它们可以非常薄或庞大，这取决于所需的格式。锂聚合物电池的主要优点是可获得广泛的形状因素。这些类型的电池被封装在只有0.1毫米厚的不灵活的铝箔层压袋中，而用于封装圆柱形或棱柱形电池的铝或钢罐的厚度为0.25- 0.40毫米。与圆柱形电池不同的是，锂聚合物电池并没有太多的标准产品。这将产生一个单元格产品数组。
锂聚合物电池是智能手机和其他便携式设备的主要制造商的首选，因为它们更灵活。在过去的十年里，许多个人电脑已经从圆柱形电池转向了锂聚合物电池，这为更薄、更轻的笔记本电脑和平板电脑打开了大门。
细胞化学的发展趋势
对于锂离子电池，潜在的化学性质决定了电池的性能特征。在过去的十年里，大量的细胞化学已经被引入，并且从每一个公式中都出现了明显的趋势。最常见的电池化学成分是锂钴氧化物(LCO)、锂镍钴铝氧化物(NCA)、锂镍锰钴氧化物(NMC)和锂铁磷酸盐(LFP)。
十年前，LCO是柱状和棱柱状细胞最常见的化学物质。然而，NMC凭借其在所有电池化学中最好的性能，已经跃居领先地位。它也更经济，因为它使用更少的钴，而钴供应有限，价格昂贵。
镍和锰增强了彼此的特性，基本配方的变化导致了更先进、更高功率的电池。行业分析师估计，到2025年，NMC将占据市场上所有锂离子电池的20%。此外，NMC是电动汽车制造商的首选。领先的NMC电池制造商包括比亚迪、LG、村田、松下/三洋和三星。
LFP化学还提供了良好的低阻抗电化学性能，因为它使用磷酸盐材料作为阴极。关键的优点是高电流的交付和特殊的循环寿命，良好的热稳定性和优越的安全性，防止滥用条件。与NMC电池相比，这些类型的电池具有本质上更安全的阴极材料，并且在较高的温度下不会分解。锂离子电池往往含有高度易燃的物质;如果它们被损坏或过度充电，它们就会在热失控中失控地过热。过热可能导致烟雾、火灾，甚至爆炸。
LFP电池提供了最好的热和化学稳定性。此外，由于LFP的能量密度(体积和重量)较低，每瓦特小时成本高于LCO、NCA、NMC或LFP电池，它是需要高额定功率、长循环寿命或较高工作温度的应用的理想选择。传统上，LCO/NCA/NMC和LFP在其特定的应用中很少有重叠。领先的LFP电池制造商包括BAK、比亚迪、CALB和CATL。
由于额定功率增加、能量密度高、每瓦特小时成本低，NMC电池正在取代LFP电池在一些应用领域。他们也开始在高功率系统中取代LFP电池，如电动工具、材料处理设备的电池和电动巴士的动力系统。
对于每种电池化学，细分存在于每个类别，因为电池制造商推动他们的产品到高能量或高功率细分市场。我们开始看到在高能NMC和高能LFP细胞之间有更多的重叠。在许多情况下，对于一组特定的性能要求，不再有明显的优越的细胞化学。
绿色方块技术生产用于许多工业应用的电池组，该公司通常使用NMC或LFP电池。NMC和LFP之间的性能差距正在缩小。
单元格格式的趋势
回顾一下:金属外壳中的锂离子电池有两种形状——圆柱形和棱柱形。
圆柱形电池有很多格式，但传统上，最流行的LCO、NCA和NMC电池格式是18650。当松下与特斯拉合作开发一种新的电动汽车电池时，他们开发了独特的21700电池格式。
将18650细胞的尺寸扩大了几毫米(图1)结果在50%的容量增加电池的活性材料。目前，大多数领先的NMC电池制造商都支持这种尺寸的电池。因此，18650和21700是NMC化学中最常见的两种格式。如果您选择18650或21700电池来构建NMC电池组，在标准化的情况下，找到具有类似性能的替代电池是有保证的。
据行业分析师称，基于21700格式的电池在2020年的出货量超过20亿片，比前一年增长了25%。其他估计显示，这些类型的电池还占2020年圆柱形电池出货量的24%。26650细胞通常不与NMC化学配对。更小的柱状NMC格式，如103450 (10 × 34 × 50 mm)，近年来随着锂聚合物电池越来越受欢迎，已经失势。
对于LFP单元，18650和26650格式是常见的;两者都是由领先的LFP电池制造商提供的(图2)．这使得在为电池组选择LFP电池时，可以从相互竞争的电池制造商进行双重采购。26650格式在很大程度上局限于LFP细胞化学。大型棱柱状LFP电池，在50- 100-Ah范围内，在过去几年中越来越受欢迎。
较大的LFP棱镜格式通常用于电动汽车或工业设备，如叉车(图3)．这些电池分为中型或大型电池，要求非常高的额定功率。不幸的是，对于大格式的棱柱状LFP电池，标准是稀缺的，所以电池组中选择的任何电池都将从特定的制造商单一来源。
结论
当开发使用锂离子电池供电的移动或便携式设备时，重要的是要记住市场上各种各样的电池格式和化学成分。电池单元的选择不仅是电池组设计的早期阶段，而且是终端设备设计阶段最关键的决策。根据市场的发展趋势选择锂离子电池的格式和化学成分，有助于保证电池的长生命周期，并在电池的整个生命周期内提供性能和成本改进的路线图。
