購買了一輛純電動車，重達千斤被安裝在車輛的底盤位置，又被白車身框架牢牢保護的電池包，是由大量的電池單體通過正負極相連組成的，可您知道電池單體的形狀分為哪幾類嗎？本著學(xué)到老活到老的求知態(tài)度，今天咱們就來聊聊當下熱門電池類型之一的圓柱電池。

　　幾千節(jié)電池驅(qū)動車輛行駛？

　　提起電池這個詞匯，相信大家肯定都不陌生，如今新能源汽車市場常見的有圓柱電池、方形電池和軟包電池。圓柱電池是我們平時能經(jīng)常接觸到的電池類型，在遙控器、兒童玩具和無線鼠標等內(nèi)部，都能看到圓柱電池的身影。

　　但要說特斯拉旗下車型所搭載的電池包，就是由密密麻麻多達幾千節(jié)圓柱電池組成的，是不是感覺有些匪夷所思呢？雖然可能有些出乎意料，可事實卻真的是如此。

　　以特斯拉Model S這款車型為例，在以前電池包容量為85kW·h的版本車型中，其內(nèi)部就曾填充有約7000多節(jié)圓柱電池，不過這些電池和平時我們接觸的5號、7號圓柱電池不同，它是由松下公司生產(chǎn)提供的18650圓柱鋰電池（以下簡稱18650電池）。

　　之所以要使用圓柱鋰電池為基礎(chǔ)的電池包，是因為這種電池早在1990年就已經(jīng)被開發(fā)出來，最早它的名字叫LIB(Lithium IonBattery）電池，直譯過來也就是鋰離子電池。隨后索尼公司制訂了18650電池的標準，并于1991年正式推出了商用級別的18650電池，裝配到自家的攝像機中，直到后來它逐漸被市場認可，成為了電池行業(yè)中成熟度高、普及率廣的電池類型，在充電寶、筆記本電池等內(nèi)部就常有它的身影。

　　又因為特斯拉進入純電動車型市場的時間較早，當時18650電池的各項標準都已經(jīng)非常成熟，在市場中也有不少電池公司能做到大批量的生產(chǎn)，綜合安全、成本等方面的考究，特斯拉最終也就將目標鎖定在18650電池上了。如今特斯拉除了使用型號為18650、2170的圓柱電池，在未來還計劃將型號為4680的圓柱量產(chǎn)裝車。

　　但我們要知道圓柱電池并非是鋰電池的專利，像鎳氫電池、鎳鎘電池也都有圓柱的設(shè)計，我們生活中常見的南孚電池，它就屬于是鋅錳電池。通俗點來說圓柱電池就是一種包裝形式，就像是不同口味的包子，牛肉餡、豬肉餡、韭菜雞蛋餡等等，雖然外面都是一層白白的面皮，可內(nèi)部卻是酸甜苦辣大有乾坤。

　　一串數(shù)字代表了電池的身份？

　　可能細心的朋友已經(jīng)注意到，為什么要給電池取一串數(shù)字的代號呢？除了區(qū)分電池的不同型號外，這串數(shù)字還蘊含有電池的基礎(chǔ)信息。以18650電池為例，其中的“18”代表的是電池直徑為18mm，“65”代表的是電池長度為65mm，“0”則表示這是一個圓柱電池。

　　從2170、4680的數(shù)字信息中可以看出，這兩者的直徑分別是21mm和46mm，長度分別為70mm和80mm。值得注意的是2170、4680的命名和18650有些不同，它們簡化掉了末尾的“0”，可不要把它們的長度誤讀為7mm和8mm了。

　　圓柱電池代號的那串數(shù)字數(shù)值越大，就代表著電池越粗越大，這也就表明其內(nèi)部的電池容量越大，單節(jié)18650、2170、4680的電池容量分別為3100mAh、5000mAh和9000mAh。以使用2170電池的Model 3為例，它的電池包內(nèi)部包含有4000多節(jié)2170電池，相比Model S的7000多節(jié)少了將近一半的數(shù)量。

　　如果按照圓柱電池的命名邏輯，日常中常見的5號電池的直徑一般為14mm，長度為50mm，以后出門買電池可以和商店老板大聲說“老板，給我來兩節(jié)14500電池”，聽起來就有種非常專業(yè)的范兒。

　　其實除了電池型號的不同命名，18650、2170和4680三者還有一個共同的種類名稱—NCM811。其中的NCM分別代表的是電池的正極材料主要成分是鎳(Ni)、鈷(Co)、錳(Mn)，三者的用量大約成8：1：1的比例，這也是后綴“811”的由來，在這里和大家講個冷知識，鈷(Co)因為資源稀缺的緣故，其價格比黃金（Au）要高得多。

　　一節(jié)電池的成功之路！

　　在內(nèi)部結(jié)構(gòu)方面，圓柱電池的內(nèi)部主要包括有正極、負極、隔膜、電解液、保護閥、排氣孔等結(jié)構(gòu)，它的生產(chǎn)流程主要有電極制作、卷繞、組裝和化成等環(huán)節(jié)。

　　通俗點來說，圓柱電池就像一份雞蛋灌餅，在爐子上將面糊攤成圓形后，加入一些蔥花、香菜、煎雞蛋、香腸等配料，最終折疊成形并斬成兩段裝好交給客戶，其中各種配料就是指正負極等結(jié)構(gòu)，攤、斬則、折疊則是指生產(chǎn)流程。

　　值得注意的是，無論是圓柱電池、方形電池還是軟包電池，因為電池本身自帶的特殊屬性，在極寒、極熱等環(huán)境電池內(nèi)部的化學(xué)反應(yīng)活性會降低，且電阻會隨之升高，內(nèi)部的膈膜通透能力減弱，所以正極向負極流動的電子也跟著變少，最終導(dǎo)致車輛續(xù)航里程會跟著溫度變化有著不同程度的打折。

　　生產(chǎn)出來的大批量18650電池，經(jīng)過挑選后的每節(jié)良品會按照并聯(lián)的方式進行組裝連接，之后就像做千層蛋糕似的，多節(jié)電池組成電池磚，多個電池磚組成電池片，電池片再進行排序封裝，最終幾千節(jié)18650電池共同組成了電池包。

　　其實使用技術(shù)、標準、生產(chǎn)都已經(jīng)非常成熟的產(chǎn)品，除了考慮安全、成本等因素的影響，還擁有防止被卡脖子的風(fēng)險。就拿18650電池舉例來說，像松下、索尼、三星、LG等都具備大批量生產(chǎn)這種電池的能力，因此特斯拉就不必擔心某個供應(yīng)商突然要求漲價的可能性。

　　同時，讓這些企業(yè)按照既定的標準去生產(chǎn)18650電池，或者是2170、4680電池，將電池收購過來后就可以按照自己的需求，使用各種各樣的排序方式和封裝工藝，讓最終的電池包具有多樣化屬性，以便于和不同車型進行匹配，這種省時省力的模組化理念早已在各行業(yè)被廣泛應(yīng)用了。

　　在安全方面，圓柱電池在充放電時，極耳產(chǎn)生的熱量有可能會引發(fā)熱失控的風(fēng)險。所謂極耳，它貫穿了整個圓柱電池，電池在放電時內(nèi)部的電子會從正極極耳向負極極耳流動，因為金屬具有導(dǎo)電性的同時，還會有著對電流阻礙作用的電阻，所以在電阻的作用下充放電時極耳會產(chǎn)生許多熱量，在電池的頂部、底部的凸起便是我們?nèi)庋勰芸吹降臉O耳。

　　其實可以將極耳看作是A點通往B點的一條狹窄道路，道路上的行人、車輛來來往往，人流、車流密度高不免會出現(xiàn)一些交通事故，其中的行人、車輛可以理解為電子，發(fā)生的交通事故則是電子從正極流向負極產(chǎn)生的熱量。

　　單節(jié)圓柱電池產(chǎn)生1份熱量，那么電池包內(nèi)部的幾千節(jié)就有幾千份熱量，這些熱量積壓在一起如果電池管理系統(tǒng)不給力，就有可能造成車輛自燃起火等現(xiàn)象。為了擺脫這一尷尬的困境，特斯拉申請了無極耳技術(shù)專利，上文提到的4680電池就使用了無極耳技術(shù)。

　　失去“耳朵”卻實力大增

　　從字面上來看無極耳像是把電池內(nèi)部的極耳去掉了，事實上來說它是把之前A點通往B點的一條窄路，現(xiàn)在擴充整改為了多條寬敞的大道，道多又寬敞那么行人、車輛的密度會大大降低，發(fā)生交通事故的概率也就隨之降低了。降低了在充放電時極耳產(chǎn)生熱量引發(fā)熱失控的風(fēng)險，圓柱電池的安全可謂是“更上一層樓”。

　　除此之外，4680電池還使用了硅負極材料和干電極等技術(shù)，這些技術(shù)的主要作用是提升電池單體的能量密度，通俗點說也就是讓一節(jié)電池能夠儲存更多的電量。

　　值得一提的是，不同于18650電池節(jié)→磚→片→包的模組化結(jié)構(gòu)，4680電池在CTC（Cell to Chassis）集成技術(shù)的基礎(chǔ)上，單節(jié)電池不再需要復(fù)雜的封裝，只需將單節(jié)4680電池按照順序正負極相連，以無模組化的形式和白車身結(jié)構(gòu)直接融合為一體，這樣設(shè)計減少了整個電池包的總重量，相對而言提升了車輛的續(xù)航里程。

　　在電池的數(shù)量方面，因為4680電池相比2170電池有著更大的電池容量，官方稱將使用960節(jié)4680電池組成的電池包，為特斯拉旗下的車型提供動力源泉，相對Model 3使用了4000多節(jié)2170電池來說，其數(shù)量已經(jīng)縮減至千節(jié)以內(nèi)了，這對于后續(xù)的管理維護有著很大的益處。

　　從數(shù)據(jù)上來看，使用2170電池的特斯拉Model 3，它所搭載的電池包能量密度為170Wh/kg，未來使用4680電池組成的電池包，其能量密度或許能達到300Wh/kg。

　　小小電池能活一百年？

　　除了電池容量的問題，電池的循環(huán)壽命也是一大重要問題，根據(jù)電池類型、電壓的不同，其壽命次數(shù)也是不相同的，按照國內(nèi)汽車行業(yè)的標準，電池經(jīng)過1000次充放電循環(huán)后，其實際容量應(yīng)該大于初始容量的80%。

　　以18650電池為例，它的循環(huán)壽命根據(jù)電池電壓的不同，一般充放電次數(shù)在500~2000次的區(qū)間，從參數(shù)上看是滿足國內(nèi)標準的。假設(shè)搭載18650電池包的特斯拉Model S，保守點估算它充滿電后能行駛400公里，以1000次的充放電循環(huán)次數(shù)為準，那么電池包的實際使用壽命約為40萬公里左右，如果按照1年行駛2萬公里的里程計算，大約可以正常使用20年。

　　當然靠官方數(shù)據(jù)可能信服力還不夠，曾經(jīng)就有過一名德國的特斯拉車主，駕駛一輛在2014年購買的特斯拉Model S，共計實際行駛了100萬公里，被收錄于《吉尼斯世界紀錄大全》中，在這場100萬公里的行駛里程壯舉中，車主曾經(jīng)更換過3次電池包。

　　如今這輛特斯拉Model S的實際行駛里程已經(jīng)超過了160萬公里，根據(jù)資料顯示第一塊電池包行駛了約29萬公里，第二塊屬于是特斯拉臨時給車主換的電池包，共行駛了約25萬公里，第三塊電池包在行駛了約46萬公里時，其電池包實際容量仍有初始容量的86%之多，按照如今超160萬公里計算的話，第三塊電池包已經(jīng)行駛約有100萬公里了。

　　考慮到這輛車是從2014年開始上路行駛的，距離現(xiàn)在已經(jīng)過去了七八年，在這幾年的時間里電池技術(shù)也在不斷更新迭代，所以現(xiàn)在電池包的壽命要想實際行駛40萬公里，從技術(shù)層面應(yīng)該是不難做到的。

　　在電池循環(huán)壽命方面，特斯拉在2019年就遞交過一項，可以支持車輛行駛100萬英里（約160.9萬公里）的鎳鈷鋁（NCA）電池專利申請。在今年5月份特斯拉和達爾豪西大學(xué)又聯(lián)合發(fā)表過一篇論文，論文內(nèi)容的主題是研究一種可以使用100年的新型鎳基電池，但從目前的技術(shù)層面來看，因為這種電池的成本非常高，所以在未來短期的時間內(nèi)，應(yīng)該不會將這種電池量產(chǎn)裝車。

　　圓柱電池成了“香餑餑”？

　　除了特斯拉目前在大量使用圓柱電池外，如今德系百年老牌車企大眾和寶馬也有意想要使用圓柱電池。在今年的7月份，曾獲得大眾、寶馬等企業(yè)投資的瑞典電池公司Northvolt，它研發(fā)的2170電池未來可能向大眾、寶馬、沃爾沃等車企供應(yīng)，有小道消息稱這家公司是基于大眾的要求才去研發(fā)的2170電池。

　　在今年的9月份，有消息稱信新一代寶馬iX4預(yù)計在2026年開始生產(chǎn)，新車將使用全新的Neue Klasse平臺，并配套搭載第六代電池系統(tǒng)，更重要的是新一代電池系統(tǒng)使用的電池包可能會由圓柱電池組成。

　　同樣在今年的9月份，寶馬又官宣和寧德時代合作，將使用寧德時代生產(chǎn)供應(yīng)的直徑為46mm的圓柱電池，這種電池的生產(chǎn)標準則是寶馬提出的，而且為了匹配寶馬以后全新的純電動架構(gòu)，在同一直徑下寶馬還給出了兩種不同高度的圓柱電池生產(chǎn)標準，這也說明了寶馬在未來的純電動車型可能會大批量使用圓柱電池包。

　　寫在最后

　　圓柱電池的發(fā)展雖然只有二三十年的歷史，但隨著新能源汽車的大力發(fā)展，它的更新迭代速度也是十分地迅速，從最早的18650系列到現(xiàn)在的4680系列，特斯拉、大眾、寶馬等車企都相繼走向圓柱電池的陣營。在未來的新能源汽車市場，還會有其它車企使用圓柱電池組成的電池包嗎？這個問題的答案值得讓人期待。