大有可為！億緯動力桂客：大圓柱電池可兼具安全性與經濟性
大圓柱電池是近一兩年行業的一個熱點。特別是自從特斯拉在電池日提出“4680”大圓柱電池以來，這種能量密度更高、運用諸多“黑科技”的新型大圓柱電池就備受全球矚目。當下，不少頗具實力的電池頭部企業都在紛紛發力大圓柱電池。
作為全球為數不多的鋰電池“全能型企業”，億緯鋰能亦對大圓柱電池進行了前瞻性的排兵布陣，如今已整裝待發。一個月前，在湖北荊門動力儲能電池產業園開工活動儀式上，億緯鋰能董事長劉金成表示，公司將在荊門基地建設4680和4695大圓柱電池生產線，有可能是全世界范圍內最先量產4680和4695大圓柱電池的生產基地。
圖為億緯動力戰略工作部負責人桂客博士發表演講
日前，在“第六屆動力電池應用國際峰會(CBIS2021)”上，億緯鋰能旗下的湖北億緯動力有限公司戰略工作部負責人桂客博士在演講中又透露了一個信息：2021年公司已經成功量產鐵鋰版的大圓柱電池，并且準備在2022年量產46系列的大圓柱電池。
大圓柱電池為何受到眾多一流企業的重視?
在演講中，桂客談到大圓柱電池有兩個重要的特征，第一是它的安全性，第二是它的經濟性。而眾所周知，電池的安全性與經濟性很難共存。很多時候為滿足經濟性可能會犧牲部分的安全性，或者把安全性做上去了成本就要增加。但桂客認為，通過良好的設計，大圓柱電池可以實現安全性和經濟性的統一。
因此，億緯的大圓柱電池在設計上進行了四大優化：極柱設計、殼體設計、卷芯設計和蓋板設計。
在極柱設計方面，采用正負極同側標準化的結構，面向CTP以及CTC的設計，正因為正負極同側，所以它的電連接和泄壓通道是分離的，有效保證了安全性。在殼體設計方面，采用高強度的殼體，殼體本身強度可以保證電芯不膨脹。在卷芯設計方面，創造性地采用全極耳結構，不同于市面上普遍宣傳的全極耳，億緯有自己的技術，對比傳統圓柱電池阻抗降低10倍，同時導熱性得到了極大增強。在蓋板設計方面，則采用高效VENT設計，提供快速泄壓通道。
大圓柱電池的安全優勢
正是基于上述的設計理念，桂客總結了關于大圓柱電池在安全方面的優勢。
第一是能量的小與大，即便是大圓柱電池46950，容量也就大概30Ah，而新能源車用方形鋁殼電池很多時候都是100-200Ah，就算是120Ah，電池總能量達到1555千焦/電芯，即使發生爆炸小圓柱電池風險也要小得多。
第二是時間的快與慢，由于大圓柱電池本身的柱狀結構以及蓋板設計，所以大圓柱電池5秒可釋放75%的電池容量和物質。對比方形鋁殼電池，它的防爆閥面積是有限的并且一般設計在蓋板的中間部位，所以15秒內僅能釋放50%的電池能量和物質。很多時候5秒和15秒是生與死的區別。
第三是受熱的少與多，圓柱的結構設計，柱體是無法相交的只能相切，相鄰電池是線接觸，它的受熱比只有1/6，而方形鋁殼電池是面對面相靠，相鄰電池受熱比達到1/2。“這也是為什么大圓柱電池成組時可以做到沒有熱蔓延，而方形鋁殼很難做到”。
第四是形態的定與變。大圓柱電池因為殼體強度以及卷芯的結構，整個生命周期膨脹率非常小，即便膨脹也是向內膨脹而不是向外。對于大圓柱電池來說，電池在整個生命周期形態不變，保證阻抗不變。而方形鋁殼電池在整個壽命周期一直膨脹，尤其在生命周期末尾，方形鋁殼電池的膨脹肉眼可見，導致很難準確預測方形鋁殼的壽命，而大圓柱電池則可以實現。
以上是圓柱電池在電芯層級的安全性，桂客表示，對于模組層級，億緯大圓柱模組有5大技術保證安全：
第一個技術來源于大圓柱電池本身的結構特點，電連接與泄壓通道是分離的，在成組設計時采用定向泄壓的方式，電池可控定向泄壓，保證它的高溫物質和電池相隔離。
第二也正是因為電池能夠定向泄壓，所以在設計整個模組氣道時可采用超強氣道氣壓通道，保證大流量的快速疏通，同時通過電池防爆閥技術進行精準控制。
第三基于定向泄壓和超強氣道的成組設計，可進行高效熱管理、自適應溫度控制以及多重防護與干預。這是億緯46系列圓柱電池在成組方面的優勢。
另外兩個方面是電氣安全和機械安全，電氣安全采用超級電池CCS技術，利用快充短路防護集成以及精準高壓回路控制;在機械安全方面采用V Model開發流程，高標準安全類驗證，全生命周期壽命大數據預測。因為大圓柱電池在整個壽命周期沒有形變，界面阻抗不變，可以實現準確壽命預測(SOH)。
“正是因為有這五重技術，改變被動隔離到主動疏導、被動防護到主動干預。”桂客總結道。
大圓柱電池的經濟優勢
談完大圓柱電池的安全優勢之后，桂客又談到大圓柱電池的經濟優勢。通常來講，電池的成本主要取決于材料成本、制造成本。因為材料成本的漲速太快，而且每家用的材料并不是完全一致，所以桂客主要講了制造成本。
在制造方面，桂客介紹說，大圓柱電池可達到300ppm的高速制造，這是很大的數字，因為對方形鋁殼來說一般是10-20ppm，這是由大圓柱本身的形狀決定了卷繞工藝段，以及組裝工藝段都可以進行連續高速不間斷生產。
另外，大圓柱的整道制造工序只有10道，而軟包和方形鋁殼工序會多很多，所以生產效率更高。在線時間方面，大圓柱7天，方形和軟包分別是10天和12天。雖然看起來只有5天的區別，但是對制造業來說，這5天非常重要，極大提高周轉率、降低庫存率。
不僅如此，桂客認為大圓柱的經濟優勢還在于它有30年的歷史。圓柱電池在1991年問世，制造過程中的幾乎每一步都經過30年的優化，每一步以前趟過的坑基本都已經趟平。所以一旦圓柱電池達到穩定的量產，就很容易形成PPB級別的一致性，極大降低不良率。而不良率是一個很重要的指標，行業內有一句話叫作“圓柱電池做好了就是印鈔機，做不好就是一個燒錢的機器”。
與此同時，從整個產業鏈設計、設備、回收來看，因為圓柱電池本身30年的歷史以及它極致的高速制造，圓柱在整個產業鏈很容易形成標準化。桂客舉了易拉罐制造的例子，全球每年有1800億個易拉罐被造出來，但是只有3個型號，這就是高度標準化的行業，也正因此易拉罐的成本能夠降得非常低。桂客認為，圓柱電池也有同樣的可能性，因為標準化的產業鏈，在鏈條上每個環節損耗都可以降到最低。
最后，桂客對大圓柱電池的安全性和經濟性優勢進行了總結。安全性主要在于結構安全、熱安全、成組安全和制造安全。經濟性主要在于材料成本和制造成本，材料成本上的低膨脹率、高強度殼體、更高能量密度化學體系;制造成本上的高速制造、工序少、在線時長短、一致性好、不良率低、標準化程度高。
看完桂客的介紹，您是不是覺得大圓柱電池大有可為?
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