32650鋰離子電池簡介

鋰離子電池26650，目前重要用來替代傳統(tǒng)的鎳鉻、鎳氫電池，用于礦燈、手電筒、電動工具、玩具、儀器儀表、ups后背電源、通訊設(shè)備、醫(yī)療設(shè)備以及特種燈等領(lǐng)域。

其型號的含義法則為：26650型，即指電池的直徑為26mm，長度為65mm，圓柱體型的電池。一般用于稱呼鋰離子電池，包括鋰一次電池和鋰離子蓄電池。常見的有用鎳鈷錳正極材料、磷酸鐵鋰材料做成的鋰離子電池INR26650-3.6V-4500mAh、IFR26650-3.2V-3200mAh。

26650鋰離子電池的優(yōu)勢

26650鋰離子電池，目前重要用來替代傳統(tǒng)的鎳鉻、鎳氫電池，用于礦燈、手電筒、電動工具、玩具、儀器儀表、ups后背電源、通訊設(shè)備、醫(yī)療設(shè)備以及特種燈等領(lǐng)域。其優(yōu)勢，相關(guān)于鎳鉻、鎳氫電池而言，重要體現(xiàn)在以下幾個方面：

1、能量密度高，自放電率低

26650鋰離子電池的容量是同等質(zhì)量的鎳氫電池的1.5--2倍，同時，國內(nèi)的26650鋰離子電池內(nèi)阻小于60m，極大的降低了電池的自耗電，在延長使用時間的同時能夠延長電池的使用壽命。

2、充放電性能穩(wěn)定

26650鋰離子電池沒有記憶效應(yīng)，遇熱不分解，安全性能高，壽命循環(huán)長。

3、電壓高

26650鋰離子電池電壓一般都在3.6、3.7V以上，遠(yuǎn)高于鎳鉻、鎳氫電池。

4、可以串聯(lián)或者并聯(lián)使用組合成18650鋰離子電池組

5、環(huán)保無污染

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26650鋰離子電池充放電原理及過程

26650鋰離子電池之所以能夠進(jìn)行充電放電，是隨其正極上的活性鋰離子運(yùn)動而進(jìn)行的。即：對電池進(jìn)行充電時，鋰離子電池正極上有活性鋰離子生成，運(yùn)動到負(fù)極，嵌入到負(fù)極的層狀結(jié)構(gòu)當(dāng)中。負(fù)極的材料體系是石墨，是呈層狀結(jié)構(gòu)的碳，它有很多微孔，當(dāng)鋰離子運(yùn)動到負(fù)極時，就會嵌入微孔當(dāng)中，嵌入微孔的鋰離子越多，充電容量越高。

同樣道理，當(dāng)電池放電時，嵌入在負(fù)極碳層中的鋰離子脫出，運(yùn)動到正極，回到正極的鋰離子越多，放電容量就越高。而我們通常所指的26650鋰離子電池的容量大小，即是指放電容量。

圓柱形32650鋰離子電池的安全性分析

動力鋰離子電池通常來說是指能夠通過大電流放電給設(shè)備、器械、車輛等供應(yīng)動力的鋰離子電池。動力鋰離子電池具有比能量高、大電流充放電、循環(huán)壽命長等特點(diǎn)，已經(jīng)獲得廣泛應(yīng)用。動力鋰離子電池根據(jù)正極材料的不同分為三元、鈷酸鋰、錳酸鋰、磷酸鐵鋰等類型；根據(jù)外形的不同分為方型電池（prismatic），圓柱型電池（cylindrical）等。為提高續(xù)航里程，動力鋰離子電池通過串并聯(lián)組合后的能量一般較大，容量從幾安時到幾百安時不等，電壓從十幾伏到幾百伏不等。隨著攜帶能量的提高，電池潛在危險性也隨之增大。因此如何提高動力鋰電池的安全性成為電動汽車持續(xù)發(fā)展的重要前提。在動力鋰離子電池的發(fā)展過程中，一直存在著兩個發(fā)展方向。一個方向是大單體電池，通過少量并聯(lián)組合；一個方向是小單體電池，通過大量并聯(lián)組合。韓國LG，國內(nèi)BYD為代表的公司走的是大方型路線；美國A123，國內(nèi)沃特瑪為代表的公司走的是小型圓柱路線。這兩條路線目前沒有定論，不同的動力鋰電池廠家依據(jù)自己的理解選擇不同的工藝路線。但是在面對安全性這一指標(biāo)方面，兩種工藝路線的結(jié)果差別是非常大的。本文從動力鋰電池結(jié)構(gòu)、性能方面，特別是安全性方面進(jìn)行比較分析，來闡述小型圓柱電池在應(yīng)用于電動汽車等方面的安全優(yōu)勢。

電池結(jié)構(gòu)、性能比較分析

圓柱形電池和方型電池是目前業(yè)界兩大主流方向。圓柱型電池的基本結(jié)構(gòu)如圖1所示。正負(fù)極之間由隔膜分開，通過卷繞形成卷芯。通常正負(fù)極極片焊接有正負(fù)極極耳并分別通過兩側(cè)引出。極耳焊接于正極和負(fù)極外殼。電解液加注于殼體內(nèi)。圖2為方型電池結(jié)構(gòu)。方型電池的結(jié)構(gòu)分疊片結(jié)構(gòu)和卷繞結(jié)構(gòu)。疊片式方型鋰離子電池由n片正極片和n+1片負(fù)極片疊片組成電池芯胞，正負(fù)極片之間用隔膜隔開，分別在正、負(fù)極片的一側(cè)預(yù)留有正、負(fù)極耳區(qū)，疊成芯胞時正、負(fù)極耳分別從芯胞兩側(cè)對稱伸出。方型電池的卷繞結(jié)構(gòu)和圓柱型電池的卷繞結(jié)構(gòu)類似，其差別是卷心是扁平形狀而非圓柱型。由于圓柱型電池和方型電池形狀的不同，結(jié)構(gòu)差別較大。一般情況下，圓柱型電池由于卷芯電流密度和散熱的限制，容量不能做得太大。方型電池保證厚度適當(dāng)?shù)那疤嵯拢ㄟ^增大長、寬可以提高容量。其單體容量一般可以超過圓柱型電池的10倍以上。表1為圓柱型和方型電池的性能比較。可以看出兩種電池具有各自的特色。圓柱形電池結(jié)構(gòu)設(shè)計簡單，正負(fù)極界面緊密，生產(chǎn)線成熟，成本低，成組散熱好，安全性能優(yōu)秀。其缺點(diǎn)是內(nèi)阻相對較高，成組要求高。方型電池的優(yōu)勢是單體容量大組合簡單。其缺點(diǎn)是生產(chǎn)工藝復(fù)雜，大容量電池單體一致性難控制。另外，方型殼體容易出現(xiàn)應(yīng)力集中，殼體容易破裂，電解液濺出引發(fā)安全隱患。

從全球應(yīng)用市場來看，大容量方型電池和小容量圓柱型電池在動力領(lǐng)域都有應(yīng)用。目前磷酸鐵鋰離子電池行業(yè)的標(biāo)桿公司，美國A123的主打產(chǎn)品為18650/26650/32113三種型號的圓柱型電池，單體容量分別為2.5Ah-5Ah。

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表1圓柱型方型電池性能比較

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圖1圓柱型電池結(jié)構(gòu)

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圖2方型電池結(jié)構(gòu)

安全性比較分析

1.在極端情況下的安全性比較

動力鋰電池在車輛發(fā)生嚴(yán)重事故等極端條件下的安全性是人們最為關(guān)心的問題，因?yàn)檫@直接關(guān)系到生命財產(chǎn)安全。圓柱電池容量小，通過串并組合達(dá)到動力鋰電池組的容量、電壓的要求。以目前32650電池為例，電池容量只有5Ah。而大方型電池單體容量一般都超過幾十安時，有的達(dá)到100Ah以上。在電池出現(xiàn)碰撞、擠壓等極端危險情況下，圓柱型小電池其釋放的能量要遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于大方型電池單體。目前沃特瑪5Ah電池的電解液只有20克，而大方型電池，如50Ah單體，其電解液量要超過200克。該方型單體電池的電解液量是小型圓柱電池的10倍以上。一旦在事故中某個單體電芯出現(xiàn)漏液，則因電解液泄漏而引起的燃燒程度也會是小型圓柱電池的10倍以上。從這方面來講，小型圓柱電池的安全性比大電池要好很多。當(dāng)小型圓柱電池遭到破壞，其燃燒的威力要遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于大的方型電池。通過對單個電池的分離保護(hù)，某一單體電池出現(xiàn)問題，不會波及其他電池。通過將能量分散的方式，使電池的安全性極大提高。

在承受撞擊方面，圓柱型電池和方型電池表現(xiàn)差別較大。圓柱型電池相關(guān)于方型電池具有較好的抗形變能力，各個方向上受力均勻，形變保持能力是目前所有電芯工藝中很優(yōu)秀的，配合自主研發(fā)的安全組合蓋帽，安全性得到了極大的提高。即使在高速沖撞擠壓過程中，圓柱形電芯有一定的變形，但也不會起火燃燒。關(guān)于方型電池，面積較大的一面容易形變，在高速沖撞擠壓過程中，電芯外殼不能很好的保證電芯內(nèi)部結(jié)構(gòu)，很容易導(dǎo)致內(nèi)部正負(fù)極片的錯位短路；關(guān)于這種瞬間的沖擊，方型電芯無法迅速做出反應(yīng)。

另外，關(guān)于大的方型電芯，由于其側(cè)面面積較大，承受到其他物體撞擊的概率要高得多，因此在安全事故中，單體電芯被撞壞而造成短路的可能性要比小的圓柱電芯大很多。而關(guān)于小型圓柱電池組合，一旦電池箱受到猛烈撞擊，小型圓柱電池首先斷開的地方可能是各個單體電芯的鉚接點(diǎn)，而由于電芯體積較小，較大的可能性是被撞散，電池組失效。這對提高動力鋰電池組的安全性具有重大意義。因此采用小容量的圓柱型電池組合的電池組在車輛出現(xiàn)事故時，能夠供應(yīng)更長的逃生時間。根據(jù)沃特瑪?shù)臏y試，電池在烈火中焚燒，電解液噴出引發(fā)劇烈燃燒的時間在10分鐘后。

2.散熱方面的比較

在單體散熱方面，由于圓柱型電池和方型電池的形狀不同，散熱效果表現(xiàn)差別較大。以50Ah方型電池為例，其表面積容量比大約在1x10-3m2/Ah;而32650-5Ah圓柱電池的表面積容量比約為1.6x10-3m2/Ah;相比之下大了60%。在外界條件完全相同的情況下，圓柱型小電池在散熱方面具有天然的優(yōu)勢。

圓柱型電池在組合時，電池之間有縱向間隙，這為電池的散熱供應(yīng)天然的散熱途徑。理論上散熱截面積至少在15.9%（緊密排列）和21.9%（立方排列）。圖3為沃特瑪圓柱電池的組合結(jié)構(gòu)實(shí)物圖，可以看出組合后具有良好的散熱通道。圓柱電池組合的天然的散熱通道保證了電池的散熱效果，提高了電芯安全性。

3.安全機(jī)制比較

兩種電池結(jié)構(gòu)都具有防爆安全閥。方型電池的安全閥一般位于端側(cè)，閥面積要大于圓柱電池的安全閥。但是假如考慮到電池的容量，即單位容量的閥面積，方型電池要遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于圓柱電池。一旦電池出現(xiàn)失效情況，特別是極端的撞擊情況，方型電池安全閥的有效性要落后于小型圓柱電池。圓柱電池組合蓋帽兼具防爆安全閥和電流切斷裝置CID（CurrentInterruptDevice），如圖4所示。這一點(diǎn)在方型電池上很少應(yīng)用。當(dāng)出現(xiàn)外部短路或當(dāng)電池內(nèi)壓達(dá)到1.2MPa安全警戒值時，首先CID裝置啟動，正負(fù)極之間斷開，主動切斷電流自行保護(hù)，電池內(nèi)部回路斷開；當(dāng)電池內(nèi)壓到1.8MPa安全警戒值時，泄壓構(gòu)件安全閥會打開，氣體排出，防止爆炸風(fēng)險。目前，安全型組合蓋帽工藝成熟，使圓柱型電芯的安全性得到了很好的保證。

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圖3圓柱型電池組合結(jié)構(gòu)

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圖4圓柱電池組合蓋帽結(jié)構(gòu)圖

4.成組一致性比較

眾所周知，單體電池的一致性對電池組的壽命、安全性等各個方面指標(biāo)具有較大的影響。大方型電池生產(chǎn)工藝的復(fù)雜性決定了目前單體電池的一致性較差。在成組后電池的一致性問題直接對安全性造成影響。因?yàn)槿萘可伲瑑?nèi)阻高的電池更多的面對過充過放帶來的風(fēng)險。圓柱電池生產(chǎn)工藝成熟，電池一致性較高。在電池組合后，低容量電池出現(xiàn)的幾率較低。即使出現(xiàn)低容量電池，由于多個并聯(lián)，通過自均衡的方式最大程度上消除了不一致的影響。

5.圓柱電池安全測試

為了驗(yàn)證圓柱電池的安全性，對圓柱單體電池及電池組進(jìn)行了安全測試。圖5為圓柱型電池組針刺實(shí)驗(yàn)照片。當(dāng)鋼釘穿透電池時，電池內(nèi)電解液泄露，電池表面溫度急劇升高，電壓緩慢下降，電解液汽化冒出少量白煙，包裹電池用的絕緣塑料膠套被高溫熔化，過程持續(xù)大約10min后現(xiàn)象消失，最終短路電池電壓降為零，過程最高溫度上升到141℃。電池不爆炸，不燃燒。完全符合UL2580（及SAEJ2464）標(biāo)準(zhǔn)。圖6為圓柱型電池組撞擊測試前后的照片。電池組在遭到重物撞擊后，電池明顯受損，但電池?zé)o起火、無漏液、無冒煙或爆炸，電池電壓基本無變化。符合UL1642標(biāo)準(zhǔn)。表2為電池組進(jìn)行的安全測試項目。從實(shí)測結(jié)果看，圓柱型電池表現(xiàn)出良好的安全性能。圖7為更為苛刻的焚燒測試過程照片。從實(shí)測結(jié)果看，電池的防爆片開啟的電池表面溫度在240℃左右，電池釋放出氣體，電解液局部燃燒，不出現(xiàn)爆炸現(xiàn)象。火焰熄滅后電池殼體結(jié)構(gòu)也并未遭到破壞。根據(jù)UL1642要求實(shí)驗(yàn)過程中單體電池的全部和部分不應(yīng)該穿透鋼絲網(wǎng)，從實(shí)驗(yàn)結(jié)果標(biāo)明安全性達(dá)到UL標(biāo)準(zhǔn)。

目前小型圓柱電池已經(jīng)大量應(yīng)用于電動汽車中，為了驗(yàn)證電池在汽車事故中的安全性，對整車進(jìn)行了碰撞測試。碰撞標(biāo)準(zhǔn)按C-NCAP進(jìn)行。對該車分別進(jìn)行時速50公里與剛性固定障礙100%重疊率正面碰撞，時速56公里對可變形障礙40%重疊率的正面偏置碰撞，可變形移動障礙時速50公里與車輛的側(cè)面碰撞。圖8為整車碰撞后的照片。從碰撞后車輛取下電池進(jìn)行檢測，電池組基本完好，無冒煙，無燃燒。整車碰撞實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了小型圓柱電池應(yīng)用于電動汽車的安全優(yōu)勢。

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圖5電池組針刺實(shí)驗(yàn)

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圖6圓柱型電池組撞擊測試

電池在常溫下以3A（0.6C）充滿至280V（78串），靜置30min后用10kg重量從1m高處自由落下撞擊到電池上。（a）測試前；（b）測試后。

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表2沃特瑪電池組2505E（250V，5Ah）安全測試結(jié)果

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圖7圓柱型電池焚燒測試

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圖8沃特瑪電池在整車碰撞測試中表現(xiàn)。（a）碰撞后汽車；（b）碰撞后電池組

結(jié)論

32650-5Ah圓柱型磷酸鐵鋰離子電池，在應(yīng)用于電動汽車等動力應(yīng)用領(lǐng)域具有較高的安全特性。這是由于單體電池容量小，結(jié)構(gòu)設(shè)計合理，組合結(jié)構(gòu)安全等因素決定的。該型磷酸鐵鋰動力鋰電池通過串并聯(lián)組合的形式應(yīng)用于動力領(lǐng)域是未來的發(fā)展方向。