最前線 | 圓柱形電池技術實現重大突破,「恩力動力」研製出能量密度389Wh/kg的18650電池

.. 近日,恩力動力(Enpower Greentech, 包括在中國、日本、美國的固態電池公司)成功研製出了容量達到4095mAh的18650圓柱電池,達到了行業領先的能量密度(389Wh/kg和888Wh/L)。這一開發成果創造了可充電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、更節能的電池。

照片為恩力動力研發的18650圓柱鋰金屬電池(4.1Ah)

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標準。它由索尼公司於1991年發明併產業化,廣泛用於便攜式電子產品。2008年,特斯拉的首款電動跑車 「Roadster」上市,採用了松下生產的18650電池,首次將圓柱形鋰離子電池導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,更是將電動汽車行業對圓柱電池的關注推上了新的高度。

雖然索尼公司的18650鋰離子電池是一款劃時代的產品,但其容量只有900mAh(如圖1A所示)。在過去的30年裡,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。此後,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製造商也先後推出了容量接近3500mAh的18650產品。直到2021年,美國初創公司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電池)的大多數發展多以軟包電池的形態出現,鮮有圓柱形的電池。

在過去的三年裡,恩力動力成功地開發了破紀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,又一款破紀錄的高容量18650圓柱電池應運而生。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構的優勢,可在不施加外部壓力的情況下實現穩定的充放電循環。

目前,恩力動力研發的這款18650鋰金屬電池處在試製階段,恩力動力將與包括車企在內的各種電池應用端客戶展開積極合作,共同將圓柱形的「下一代」電池推向商業化應用,並將超高比能圓柱電池產品的型號逐步擴展到21700和4680等型號。按照目前恩力動力18650電池的電芯設計,如果把電池尺寸放大到4680時,預計電池容量可達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

引用:

1) 計算18650電池體積能量密度(Wh/L)的體積是0.01753L(D:18.5 x H:65.25 mm)。

2) https://www.nasa.gov/sites/default/files/atoms/files/nabw21_li-ion_cylindrical_hard_case_cells_market_2021_ver1.pdf

3) https://electrek.co/2022/10/20/nanograf-battery/

4) https://insideevs.com/news/598656/tesla-4680-battery-cell-specs/amp/


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