最前線 | 圓柱形電池技術(shù)實現(xiàn)重大突破，「恩力動力」研制出能量密度389Wh/kg的18650電池

2022-11-04 08:42:03來源：36kr

體積能量密度達888Wh/L

近日，恩力動力（Enpower Greentech, 包括在中國、日本、美國的固態(tài)電池公司）成功研制出了容量達到4095mAh的18650圓柱電池，達到了行業(yè)領(lǐng)先的能量密度（389Wh/kg和888Wh/L）。這一開發(fā)成果創(chuàng)造了可充電18650圓柱形電池的新能量密度記錄；與目前市場上的電池相比，恩力的電池至少輕20%，能量密度至少提高15%，這將為包括無人機、電動飛機及電動汽車等提供更輕、更節(jié)能的電池。

照片為恩力動力研發(fā)的18650圓柱鋰金屬電池（4.1Ah）

(資料圖)

18650圓柱電池（指直徑為18mm，高度為65mm的電池尺寸）是鋰離子電池電芯的行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。它由索尼公司于1991年發(fā)明并產(chǎn)業(yè)化，廣泛用于便攜式電子產(chǎn)品。2008年，特斯拉的首款電動跑車“Roadster”上市，采用了松下生產(chǎn)的18650電池，首次將圓柱形鋰離子電池導(dǎo)入了車用動力電池市場，2020年9月特斯拉在“電池日”上公布了4680大圓柱電池技術(shù)，更是將電動汽車行業(yè)對圓柱電池的關(guān)注推上了新的高度。

雖然索尼公司的18650鋰離子電池是一款劃時代的產(chǎn)品，但其容量只有900mAh（如圖1A所示）。在過去的30年里，18650電池的容量逐年提升，2015年，日本松下公司推出了容量為3450mAh的18650電池。此后，18650電池的容量似乎遇到了瓶頸，在此期間韓國和中國的圓柱電池制造商也先后推出了容量接近3500mAh的18650產(chǎn)品。直到2021年，美國初創(chuàng)公司NanoGraf宣布使用硅基負極推出自己的18650電池，容量高達3800mAh(3.8Ah)。今年10月，NanoGraf進一步宣布將容量增加至4000mAh（4.0Ah）。另外，近年來“下一代”電池（包括鋰金屬電池及固態(tài)電池）的大多數(shù)發(fā)展多以軟包電池的形態(tài)出現(xiàn)，鮮有圓柱形的電池。

在過去的三年里，恩力動力成功地開發(fā)了破紀(jì)錄的高比能鋰金屬軟包電池。公司利用在鋰金屬負極上的專利技術(shù)，又一款破紀(jì)錄的高容量18650圓柱電池應(yīng)運而生。與使用硅基負極的18650圓柱電池相比，恩力動力的18650圓柱鋰金屬電池標(biāo)稱電壓提升了100-200mV，電池容量提高到了4095mAh（圖2），電池重量減少了近20%，重量能量密度得到了大幅提升（圖1B）。此外，如表1所示，恩力動力的LMB18650-4.1Ah電池在容量、標(biāo)稱電壓和能量密度上均達到了新的里程碑。

表1：18650電池性能對比

另外，在使用富硅基負極及鋰金屬負極的下一代電池中，大多數(shù)都有充放電期間電池膨脹的問題。為了確保最佳性能，它們需要施加外部壓力。恩力動力的這款18650電池利用了圓柱形電池結(jié)構(gòu)的優(yōu)勢，可在不施加外部壓力的情況下實現(xiàn)穩(wěn)定的充放電循環(huán)。

目前，恩力動力研發(fā)的這款18650鋰金屬電池處在試制階段，恩力動力將與包括車企在內(nèi)的各種電池應(yīng)用端客戶展開積極合作，共同將圓柱形的“下一代”電池推向商業(yè)化應(yīng)用，并將超高比能圓柱電池產(chǎn)品的型號逐步擴展到21700和4680等型號。按照目前恩力動力18650電池的電芯設(shè)計，如果把電池尺寸放大到4680時，預(yù)計電池容量可達32Ah，重量能量密度可達400Wh/kg以上（特斯拉目前的4680電池容量約為27.5Ah，重量能量密度約為300Wh/kg）4)。

圖1A：18650鋰離子電池容量的逐年提升

圖1B：18650電池能量密度比較

圖2：恩力動力18650鋰金屬電池充放電曲線