《好看》依托百度技术，精准推荐优质短视频内容，懂你所好，量身打造最适合你的短视频客户端！揭秘：特斯拉为什么采用18650电池？
17:44:21来源: ofweek 关键字：&&
　　概念理清：层叠式电池vs聚合物电池vs袋装电池
　　问题里提到了&层叠式（聚合物）锂离子电池&，请注意层叠式(Laminated)电池与聚合物(Polymer)电池是两个不同的概念。所谓聚合物电池是指内部含有聚合物或胶体电解质的电池，而传统的锂离子电池的电解质是溶解在液态电解液中的。所谓层叠式电池是指内部电极片与隔膜是一层一层堆叠起来的，与之相对应的是卷绕式电池的卷绕电芯（就是卷绕式电池）。一般聚合物电池都采用层叠式结构，因此也可称为层叠式电池。但是，由于层叠式电池也可以采用液态电解液，因此层叠式锂离子电池也可能不是聚合物锂离子电池。
　　实际上，大部分电动汽车用的层叠式动力电池（Nissan LEAF，GM Volt等）都是液态电解液。之所以会产生这种混淆，大概是因为层叠式电池与聚合物电池一般都是用铝塑膜封装的，我们也称之为&袋装&（Pouch）电池。不过，袋装电池内部也有可能是卷绕式电芯。
　　聚合物电池现在似乎还没有应用在电动汽车上，笔者猜测主要原因可能是胶体电解质的导电性不太好，因此内阻较大。
　　为什么采用18650电池？
　　在此展开论述。
　　a. 一致性
　　18650电池是最早、最成熟、最稳定的锂离子电池，广泛应用在电子产品中，每年的出货量大约有几十亿节。多年来，日本厂商在18650电池的生产工艺上积累了大量的经验，使得产出的18650电池的一致性、安全性都达到了非常高的水准。
　　在与美国一位电池界教授交流的过程中，他半戏谑地说过一番话：如果你从日本某厂商直接购买了同一批次的电池，然后用你的电池充放电测试仪器去同时测试它们，如果发现不同通道测出的放电曲线不一样，你应该怀疑你的设备而不是电池的一致性。
　　相比之下，层叠式锂离子电池远远没有成熟，甚至连尺寸、大小、极耳位置等都不统一，电池厂商所具备的经验也很不足，电池的一致性达不到18650电池的水准。如果电池的一致性达不到要求，大量电池串、并联形成的电池组的管理将是一场梦魇。
　　总结来说，18650电池的单体容量小（一般不会超过3 Ah），所需的单体数量会很多（Roadster有6831节），但是一致性很好；层叠式电池的容量可以做得较大（30 Ah甚至40 Ah），单体数量可以降低，但是一致性差。
　　特斯拉不是一家电池厂商，它在电池生产技术方面不会有太多的积累，现阶段也很难投入大量的人力物力与电池供应商一起去改善层叠式电池的生产工艺。因此，在研发Roadster和Model S的时候，特斯拉的唯一选择是从市场上去购买电池，自行开发电池系统。开发一套管理6000多节单体一致性很好的电池系统与开发一套200多节一致性很差的电池系统，相比之下，前者的技术难度应该更低一些。即使单体电池数目增多，但是如果这些电池的性能是可靠的，管理起来还是容易一些。
　　对比另一款很成功的纯电动汽车，日产的LEAF，它采用的是层叠式锂离子电池。这是因为日产与NEC合作多年，在电池技术方面积累很深厚，在品质控制方面应该有相当的功力。LEAF的电池来自AESC，日产与NEC的合资公司。
　　对比下美、日、中等不同地区的汽车厂商在开发电动汽车时与电池厂商的合纵连横是一件非常有意思的事情。
　　b. 成本
　　特斯拉采用18650电池，就可以利用日本松下等厂商之前的生产线进行生产。在消费类电子产品所用18650电池竞争日趋激烈的情况下，笔者想松下等厂商是非常乐意与特斯拉合作升级产品，将原有的生产线改良后用于生产动力电池。
　　另外，工业生产有一个规模效应，当生产产品的规模达到一个量级之后，成本会大大降低。一辆特斯拉就需要上千节18650电池，因此单体的采购价格应该可以压得比较低。
　　c. 散热能力
　　层叠式电池的厚度薄、表面大，均热、散热能力都不错，因此日产的LEAF很大胆地采用了被动式热管理系统（其实就是不管理！），由空气的自然对流将热量带走。 LEAF的单体电池是这个样子的：
　　由四节单体电池两并两串组成的电池模块是这个样子的：
　　由48个电池模块串联组成的电池组是这个样子的：
　　可以看到，电池组上没有任何的风扇、冷却液管道等热管理系统。大概这就是无招胜有招。
　　反过来看特斯拉，18650电池的个头比较小，在正常充放电时单体电池内部的温差也不会太大。但是，6000多个单体电池的温度也应当保持在不超过5&C的范围内，这是一件非常困难的事情。但是，特斯拉做到了。怎么做到的？再放一张特斯拉冷却系统的图：
　　这些管道是冷却液的流道，流道交叉布置的样子很像发动机的排气歧管，这是为了使得各路管道的流动阻力大致平衡。
　　总结来说，由于采用了小容量的18650电池，特斯拉的热管理系统的复杂度是大大增加了的。也就是说，如果从散热能力方面考虑，使用小容量的18650电池不是最优选。
　　d. 能量密度
　　谈到能量密度，就必须区分单体电池的能量密度与电池组的能量密度。
　　就单体电池的能量密度来看，18650电池是要高于层叠式锂离子电池。笔者这里查到的日产LEAF所用的33 Ah锂离子电池的能量密度是157 Wh/kg，GM Volt所用的层叠式电池的能量密度约为150 Wh/kg；而Roadster所用的18650电池的能量密度约为211 Wh/kg。（注：Roadster和Volt都没有查到原装电池数据，笔者是根据相同电池厂商生产的相同容量的电池的数据计算得到的）
　　但是，18650电池的管理系统更加复杂，由此额外增加的重量会使得电池组的能量密度远低于单体的能量密度。Roadster的电池组重量是450 kg，能量密度是118 Wh/kg，而LEAF电池组的重量是225 kg，能量密度是107 Wh/kg。在电池组层次，两者的能量密度已经不相上下。
　　Model S的设计应当比Roadster优秀得多，但是这方面的资料笔者还没有收集到太多，现在还没有办法做分析。
　　e. 安全性
　　前面提到层叠式锂离子电池的各种优点，但它也有一些缺点。由于层叠式锂离子电池一般是采用铝塑膜封装的，而铝塑膜的厚度薄，机械强度差，在汽车发生碰撞等极端情况下，铝塑膜很容易发生破损导致安全事故产生。这也就解释了为什么日产要在4个单体组成的电池模块外面再加一个铝壳。
　　18650电池一般是钢壳，安全性更好；而且前面也提到随着18650电池生产工艺水平的的不断提高，安全性也在不断提高。
　　特斯拉在应对这些18650电池可能出现的安全事故上，也倾注了很多心血。如果一个单体电池出现温度过高等异常情况，根据异常情况的恶劣程度，这枚电池或其所在的模组会断电以防止事故的蔓延。由于单体容量小，只要不发生蔓延，事故的严重程度将是较低的。
　　笔者认为，特斯拉当时采用18650电池，的确是最优选择。但是，随着特斯拉在电池领域的经验不断积累，他们应该会尝试其他构型的电池。
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编辑：什么鱼
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【揭秘】特斯拉为何淘汰成熟稳定的18650电池？
为什么叫“18650”或者“2170”电池？其实，18650电池最早是由日本SONY公司定下的一种标准电池型号，数字其实代表的是电池的外形规格，其中“18”是指直径为18mm，“65”是指高度为65mm，“0”则意味着为圆柱型电池。那么“2170电池”又是什么意思呢？
最近，与松下这对儿“好基友”展示出了全新的产品，特斯拉官方称为2170电池，比18650电池足足大一号的它代表什么呢？特斯拉为什么要淘汰成熟稳定的18650电池？为什么叫“18650”或者“2170”电池？其实，18650电池最早是由日本SONY公司定下的一种标准电池型号，数字其实代表的是电池的外形规格，其中“18”是指直径为18mm，“65”是指高度为65mm，“0”则意味着为圆柱型电池。那么“2170电池”又是什么意思呢？在笔记本、相机、玩具以及照明设备等产品中，18650电池是已经非常成熟和稳定的规格，电池厂商们在这种规格电池的技术上有着多年的经验积累，其电池的一致性和安全性有了非常高的水平。目前很多笔记本电脑采用了上图这样的6芯(也就是6节)池，现款特斯拉MODEL S和MODEL X也采用了同样规格的18650电池，由于锂电池单元的体积相对比较小，因此以85kWh电量的电池组为例，整个电池组是由超过7000节锂电池单元构成的。
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据了解，“2170”锂电池直径为21mm、高度70mm，体积更大的这枚电池会达到300Wh/kg以上的能量密度，且每千瓦时的成本会被控制在200美元以下，相比18650,这显然是具有优势的。
图片来源：智通财富网配图据外媒最新报道，“2170”锂用于汽车Model3上，可能将全面替代传统的“18650”。目前特斯拉旗下的正式量产的电动车使用的都是来自松下的18650电池，该款电池为圆柱体型的锂电池（代号中的“0”就代表柱型），直径为18mm，长度为65mm。据了解，“2170”锂电池直径为21mm、高度70mm，体积更大的这枚电池会达到300Wh/kg以上的能量密度，且每千瓦时的成本会被控制在200美元以下，相比18650,这显然是具有优势的。“2170”电池最引人关注的，还是其将会使用在特斯拉新车Model3的电池包中，这一批量产已经确认将在今年二季度开始。特斯拉CEOElonMusk就曾表示过，“这款电池（2170）将会是全世界最高密度而且最便宜的电池。”虽然没有任何实质性数据为这番言论作证，但在字里行间我们可以感觉出这位大佬对于该款电池的无比自信。2170电池的出现可能远不止替换掉18650电池作为旗下电动车能量来源这么简单，或许它还会掀起一场电池研发技术的浪潮…A股市场上，多家上市公司涉足锂电池技术，其中（002070）拥有NCA核心技术，已送样至三洋、东芝等国际大厂进行认证，有可能间接供货特斯拉。（600884）生产包括LCO、NCM、NCA等锂电池。
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