创明电池黄旸：大圆柱电池的开发与思考

大圆柱电池具有能量密度高、安全性能好、制造效率高、成本优势明显等特点，是未来电池结构的主要发展趋势。不过，目前大圆柱电池的开发处于初期阶段，各种工艺路线百花齐放，纷繁复杂，给人雾里看花的感觉。

3月19-20日， 2024（第八届）动力电池产业年会暨行业年度评选颁奖典礼在深圳举办，会议就动力电池行业最新动态、技术创新和市场趋势进行了深度剖析。

会上，创明电池产品开发总监黄旸发表了《大圆柱电池的开发与思考》的主题演讲。

图：黄旸

在过去，小圆柱电池的主要应用领域是诸如移动电源、智能家居，还有两轮车等应用场景，对续航里程要求不高，而且对输出电压要求也不高。

随着人类社会的电动化程度的不断加深，诸如江南网页版登录入口官网下载 ，还有一个是规模储能，甚至电动飞机，这些需要超长续航，而且需要较高输出电压的这些新的应用场景正在不断的体现。

如果我们再用以前那种小圆柱电池来存储的话，它就需要进行一个超大规模的串并，这对于我们电池的一一致性，还有我们电源的管理提出的难度是相当大的。

所以这就是大容量方形电池兴起的原因之一。

对于圆柱电池来说，如果要让它满足越来越多的这样的应用场景，我们必须在它的尺寸还有它的容量上做出相应的突破，比如说直径要从目前的18毫米、21毫米做到更大，我们高度也要从65毫米、70毫米做到更高，然后我们容量也要得到一个更大的突破。

将电池做大之后，它带来的好处显而易见。首先是可以提高单体电池的能量密度，其次是可以显著降低电池制造当中的成本，然后，还可以降低我电源管理的难度。

但是当将电池做大之后，对电池设计以及制造工艺也会带来一些新的挑战。比如说在产品设计端，电池做大之后，我们就必须得考虑如何将电池内部的容量提升上去。

在2020年的时候，特斯拉发布了直径为46毫米，高度为80毫米的这么一个大圆柱电池。相比于21700电池，它的容量提升了5倍，容量密度提升了16%，它的功率也提升了6倍，可以说各方面的性能就都有一个全面的提升。

黄旸表示，从目前的国内情况看，大圆柱电池可以大致分为两类，一类是三元锂的大圆柱电池，主要应用场景就是车用动力，目前的话基本上国内国外的制造商的对于三元动力的这么一个电池和尺寸都是跟特斯拉采用一样的策略，都是46毫米，高度上的话从80毫米到120毫米都有，这是为了满足从轿车到工程车辆不同的底盘的高度。然后材质外壳材质上都是采用钢壳。

除了三元体系以外，另外一个大概就是磷酸铁锂体系的电池，我们梳理各家的信息之后发现，其实铁锂体系的规格尺寸相对来说还是比较杂乱的，从它的直径的话，从32毫米到最大的64毫米都有，然后高度的话大多集中在130毫米以上。它的主要的一个应用场景主要就是小动力小储能这两类。外壳材质的话既有钢壳也有铝壳。对于铁锂电芯的话，大家追求到目标也比较一致，首先就是极致的性价比，第二的话比较长的循环寿命。

黄旸称，大圆柱电池制造工艺路线相当复杂，几乎每个工序里面都有不同的工艺可以选择，“如果这些工艺排列组合起来，我们可以排列组合出数10甚至上百种工艺路线，不同的工序排列对我们电池设计来说是麻烦是相当大的。”

例如从柔平工艺来看，它的优势是设备投入成本低，而且生产节拍快，结构盘焊接相对来说比较可靠的。但它的不足的地方，在于金属屑易进入卷芯内部、渗液困难、烘烤困难。激光模切的话它的优势就是利于渗液、无金属屑风险，但它的不足是设备投入成本比较高，另外的话就是不利于集流盘焊接。

从封口工艺来说，目前主流封口工艺有机械封口和激光封口这两类，机械封口的优势就是工艺成熟，而且对钢材的材质纯度要求不是那么高，设备投入成本也比较低一点，它的不足就是在我电池的Z向空间上占的空间比较高，所以说能量密度相对来说比较低一点。

激光封口节省Z向空间，但设备成本投入大，且对壳体材质要求高。

结构件连接工艺也有电阻焊、超声扭矩焊及激光焊等，他们也各有特点。

黄旸表示，如果要开发一款大圆柱电池，最终要确定两个事，一个是电池要做多大，第二个是采取什么样的工艺路线。

此外还要考虑下游终端用户PACK的兼容性、生产效率的兼容性以及整个成本目标的兼容性。

通盘考虑之后，才基本上确定比较合理的工艺路线。

最后，黄旸对创明电池做了一个简单的介绍：创明电池是中国首批量产圆柱形锂离子电池的民营企业，深耕锂电行业二十余载，已成为国内领先的新能源综合方案供应商，产品覆盖储能系统、绿色出行、智能消费等应用场景。创明电池目前已被认定为国家高新技术企业、国家知识产权优势企业、广东省专精特新企业、广东省创新型企业等，拥有国家级CNAS认可实验室和广东省新型高比能锂离子动力电池工程技术研究中心。创明致力于成为一家值得被全球信赖的技术企业，用安全普惠的能源科技服务到世界每个角落。