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深度揭秘:特斯拉采用18650电池的原因

导读: 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。那特斯拉为什么采用卷绕式电池(18650电池)?我们下面来讲讲。

  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(18650电池就是卷绕式电池)。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。

  特斯拉为什么采用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。

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责任编辑:Angela
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