-downtown
18650-
锂离子电池的发展
18650
电池指外壳使用
65mm
高，直径为
18mm
的圆柱形钢壳为外壳的锂
离子电池。自从上个
世纪
90
年代索尼
推出之后，这种型号的电池一直在生产，经久不衰。经过近
20
年的发展，
目前制备工艺已经非常成熟，性能有了极大的提升，体积能量密度已经提高了
将近
4
倍，而
且成本在所有锂离子电池
中也是最低，目前早已走出了原来的笔记本电脑的使用领域，作
为首选电池应用于动力及
储能领域。可以说，该型号电池的发展就是整个锂离子电池工业
发展的缩影。
一
既生瑜何生亮
二十世纪
90
年代初期，正是镍氢电池刚刚问世，准备大展拳脚的时机。与更早的镍镉电池
相比，镍
氢电池能量密度高、无重金属污染、记忆效应也不太明显，被看做是一种非常优
秀的可充
电电池，大家的研究激情很高，也都给予厚望。与此同时，使用锂铝合金为负极
的锂电池
反而看起来没有太大的吸引力。虽然锂电池理论上性能更好，但是由于使用可燃
性电解液
，使用过程中产生的可怕的枝晶，设计者们一直小心翼翼。可是，担心的还是来
了，
1989
年，配备了金属锂电池的
NTT
手机的连续起火事件沉重打击了锂电池研发者们，
很多人一度产生了放弃的念头。
沧海横流方显英雄本色，就在不到一年的时间内，
1990
年
2
月，索尼却
宣布一种新型锂电池
已经达到了使用水帄，可以开始供货。索尼之所以这么自信，原因在
于他们找到了解决负
极枝晶的方法：负极使用焦炭取代锂铝合金材料，电池中只有锂离子
，没有金属锂。从此
之后，锂离子电池时代开始了，镍氢电池悲剧了。
< br>
锂离子电池在实用化之初
的性能并非明显高于当时的竞争对手镍氢充电电池。
1993
年
初的
18650
锂离子充电电池，
其单
位体积的能量密度为
220Wh/L
，
仅比镍氢充电电池的
180Wh/L
高
出约
20
％。而且锂离子充电电池还有诸多缺点，比如
“
与干电池间不具备电压兼容性
”
、
“
充
电控制困难
”
、
“
内部电阻高，不
能以大电流进行充放电
”
、
“
难以进行并联，电池组很难实现
大容量化
”
。
然而，正如在上一篇博文中提到的那样
，电子产品厂商对与轻质量电池的追
求已经到了发狂的地步。虽然锂离子电池各种性能都
不特别理想，仅凭能量密度为镍氢电
池的两倍这一优点便受到了便携终端厂商的广泛青睐
（这就意味着，在同样的使用情况下，
锂离子电池的重量仅为镍氢电池的一半）。到
1991
年以后，采用锂离子充电电池的手机和
摄像机相继投放市场，开始蚕食镍氢电池市场。很快，进入
21
世纪之后，便携式电子产品
市场上已经没有了镍氢。曾经的宠儿，在还没有完全发挥
其功能的情况下，黯然退出了历
史舞台。
二
容量，电压
对于
18650
电池来说，电池体积已经固定，如何提高其容量成为了考验研发人员的内容。要
么多
往里面塞活性物质，要么提高活性物质的克比容量。
索尼
2004
年底推出的
“
G8
”
系列通过增加电池单元中填充的活性物质，比该公司原来产品的
容量提高了
6%
。一是通过改变圆筒型单元顶部与底部的形状，使得插入电极在
上下方向上
比该公司原来产品长出
1.2mm
< br>；
另一个原因是提高正极材料的压实密度，
单位体积内可
以放
入更多的活性物质。随后，
2005
年
2
月发表了新型锂离子充电电池，通过改变正极与负极各<
/p>
自使用的材料，电池容量比该公司以前的产品提高了
30
％
在
2005
年
4
月
20
日～
22
日于千叶幕张
Messe
会展中心举办的
“
第
23
届马达技术
展
”
上，
松下电池
工业在松下电器产业的展位上展出了采用镍、锰、钴复合材料和采用镍、钴、铝复合材料
为正极材料的锂离子充电电池。
前者高温性能好，
而且成本
低，容量为
2250mAh
，单位体积
的能量密度为
480Wh/L
，
单位重
量的能量密谋为
185Wh/kg
；
后
者将单位体积的能量密度提高
到了
600Wh/L
，帄均电压为
3.55V
。容量方面，终止电压为<
/p>
2.7V
时为
2800mAh
。
2006
年松下展出了面向笔记本电脑、以
LiNiC
oAlO2
为正极，容量为
2.9Ah
的
“
NCR18650
”
充
电截止
3.6V
，放电终止电压约
+2.5V
。并在
“
2007
国际消费者电子产品展
”
上，展出了该公司
的
“<
/p>
第
3
代
”
锂电池，正极使用钴系材料，负极用合金材料取代了石墨。体积能量密度提高到
了
740Wh/L
，容量达到
3.6Ah
。而且，终止放电电压降到了
2.0V
。由于可使用的电压范围变
宽，其能量得以提升。
2009
年
12
月，松下量产了新电池
“
NCR18650A
”
，除了正极材料与原
产品
“
NCR18650
”
同样使用镍类材料
之外，作为安全技术还在正负极之间配置了耐热层
（
HRL
：
Heat Resistance Layer
< br>）。
HRL
是与隔膜分开配置的。新电池改进了原来的正
极材料
及安全技术，因此作为
18650
尺寸电池实现了业界较高的容量（
3.1Ah
）。电压仍与原
来一样
同为
3.6V
，但体积能量密度
由
620Wh/L
提高到了
675Wh
/L
。因此，电流容量从
2.9Ah
提
高至
3.1Ah
，电池容量由
10.4
Wh
提高至
11.2Wh
。重量由
44g
左右增至
44.5g
左右。
在碳材料的容量已经用到极限之后，
松下开始使用新型负极材料。
2009
年
12
月
25
日松下宣布，
负极材料采用硅系合金的锂离
子充电电池即将达到实用水帄。容量高达
4.0Ah
，将于
2012
年
度开始量产。
< br>
正极采用镍系材料，电压稍低，为
3.4V
，但电池容量达
13.6Wh
。体积能量密
度达到
800Wh/L
。重量约为
54g
，重量能量密度为
251.9Wh/kg<
/p>
。
此外，该公司还透露，负极材料和
原来一样仍采用石墨、正极材料实现高密度化、容
量高达
3.4
Ah
的电池也将达到实用水帄。该产品的电压为
3.6V
，电池容量为
12.2Wh
。体积能
量密度为
730Wh/L
。重量约为
46g
，比采用硅系合金的电池略轻，重量能量密度高达
< br>265.2Wh/kg
。据称该电池将于
2011
年度开始量产。
不过，硅系合金是十分有前景的新一代材料这一点毋容置疑。日立麦克赛尔已经宣布了定
于
2009
年度底进行量产的计划。松
下此次宣布产品化将会加速硅系合金的开发竞争
三星横浜研究所与韩国三星
SDI<
/p>
就使用由
Li1.1V0.9O2
（
LVO
）和石墨混合作为负极试制了
186
50
电池，当单元的负极材料为
30
％
的
Li1.1V0.9O2
（
LVO<
/p>
）和
70
％的石墨混合而成，正极
材料为
LiCoO2
时，终止电压为
3.0V
，电流容量为
3080mAh
，单位体积的能量密度达到了
695Wh/L
。
该单元具有良好的充放电循环特性和低温特性，
500
次充放电后仍可实现
80
％以
上的容量维持率，而且在
-10
℃的低温下可维持
90
％的放电容量。
三
总不能全用在笔记本上吧，干点别的
随着锂离子电池的技术越来越成熟，成本越来越低，在完全占
据镍氢电池的便携式电子设
备市场后，开始走向储能、动力等领域，进一步驱赶在此占据
多年的镍氢、铅酸电池。在
此过程中，
18650
作为锂离子电池众兄弟中的老大哥，更是充当了急先锋的角色，通过不同
的串
并方式，向储能和动力领域进军。
首先先看看三洋电机的举动：
应急便携电源
三洋电机在
2007
年
9
月
4
日～
6
日举办的该公司展会上展
出了应急便携电源
“
KPS-L1
”<
/p>
。这是
07
年
8
月
29
日发布的产品。该产品的锂离子
充电电池在满充状态下，发生紧急情况时可供给
130Wh
的电
能。外形尺寸为
200
×
70
×
250mm
（容积：约
3.5L
）、重约
2.9kg
，较为
轻小，可携
带外出。锂离子充电电池的电压为
25.2V
、电流容量为
5.1Ah
。该产品配备
21
个（
7
串联×<
/p>
3
并
联）笔记本电脑等使用的圆筒型电池
单元
“
18650
”
< br>。鉴于该产品为应急用产品，为提高电源
的可靠性和寿命，将充电电压由普通的<
/p>
4.2V
降至
4V
以下。因此，使用普通充电电压的话，
电流容量为
1.9Ah
左右的单元仅能供应
1.7Ah
左右的
电力。
发电储能、轻型电动车动力模块
三洋电机后来又发布了两种由多个
1
8650
锂离子充电电池模块：即面向太阳能发电和风力发
电的
蓄电用途和备用电源等蓄电用途的
“
DCB-101
”
、
以及面向电动摩托车及电动轻型车等动
力用途的
“
EVB-101
< br>”
。据上篇博文中孜孜不倦地开发铝壳锂离子电池的雨堤彻同学称，之所
以采用通用
18650
电池，
< br>“
是因为其性能和安全性已经过市场验证，能够提高通用性
”
。他介
绍说，电池寿命在完全充放电的情况下为
700
～
1000
次，量
产
“
具有成本优势
”
< br>。
蓄电用
D
CB-101
是将
312
个单元按
13
串联×
24
并
联配置而成的。
模块电压帄均为
48V
（
39
～
52V
），电池容量为
33.6Ah
，电容量为
1613Wh
。最大输出功率约为
1.5kW
。单元是采用普通
的
“
UR
18650Y
”
制成的。每个单元的电池容量为
1900mAh
。模块的外形尺寸为
438mm
×
386mm
×
80
mm
，支持通用的
19
英寸服务器机柜
。重约
19kg
。
动力用
EVB-101
是将
84
个单元按
14
串联×
6
并联配置而成的。其特点是最大输出功率高，
最高时为
5.2kW
，连续供电时为
1.5kW
。单元是采用电池容量为
2050mAh
的电动助力自行车
用高功率单元
“
UR 18650E
”
制成的。另外，通过比
DCB-101
增加串联配置的比例，提高了输
出功率。模块电压为
50.4V
（
4
2.0
～
57.4V
），电池容量为<
/p>
10.8Ah
，电容量为
544Wh
。雨堤彻
介绍称，比如，配备于电动踏板摩托车时的持续行驶距离<
/p>
“
因条件而异，不过配备一个单元
时，能
够行驶
10
～
15km
左右。配备
2
～
3
个单元时，能够行驶
30
～
50km
”
。模块的外形尺寸为
36
6mm
×
213mm
×
66mm
，重约
7kg
。
信号灯电源
-downtown
-downtown
-downtown
-downtown
-downtown
-downtown
-downtown
-downtown
-
上一篇：精炼英语
下一篇：小区重选及相关参数配置