最前线 | 圆柱形电池技术实现重大突破，「恩力动力」研制出能量密度389Wh/kg的18650电池

2022-11-04 08:42:03

体积能量密度达888Wh L

近日，恩力动力（Enpower Greentech, 包括在中国、日本、美国的固态电池公司）成功研制出了容量达到4095mAh的18650圆柱电池，达到了行业领先的能量密度（389Wh/kg和888Wh/L）。这一开发成果创造了可充电18650圆柱形电池的新能量密度记录；与目前市场上的电池相比，恩力的电池至少轻20%，能量密度至少提高15%，这将为包括无人机、电动飞机及电动汽车等提供更轻、更节能的电池。

照片为恩力动力研发的18650圆柱锂金属电池（4.1Ah）

(资料图)

18650圆柱电池（指直径为18mm，高度为65mm的电池尺寸）是锂离子电池电芯的行业标准。它由索尼公司于1991年发明并产业化，广泛用于便携式电子产品。2008年，特斯拉的首款电动跑车“Roadster”上市，采用了松下生产的18650电池，首次将圆柱形锂离子电池导入了车用动力电池市场，2020年9月特斯拉在“电池日”上公布了4680大圆柱电池技术，更是将电动汽车行业对圆柱电池的关注推上了新的高度。

虽然索尼公司的18650锂离子电池是一款划时代的产品，但其容量只有900mAh（如图1A所示）。在过去的30年里，18650电池的容量逐年提升，2015年，日本松下公司推出了容量为3450mAh的18650电池。此后，18650电池的容量似乎遇到了瓶颈，在此期间韩国和中国的圆柱电池制造商也先后推出了容量接近3500mAh的18650产品。直到2021年，美国初创公司NanoGraf宣布使用硅基负极推出自己的18650电池，容量高达3800mAh(3.8Ah)。今年10月，NanoGraf进一步宣布将容量增加至4000mAh（4.0Ah）。另外，近年来“下一代”电池（包括锂金属电池及固态电池）的大多数发展多以软包电池的形态出现，鲜有圆柱形的电池。

在过去的三年里，恩力动力成功地开发了破纪录的高比能锂金属软包电池。公司利用在锂金属负极上的专利技术，又一款破纪录的高容量18650圆柱电池应运而生。与使用硅基负极的18650圆柱电池相比，恩力动力的18650圆柱锂金属电池标称电压提升了100-200mV，电池容量提高到了4095mAh（图2），电池重量减少了近20%，重量能量密度得到了大幅提升（图1B）。此外，如表1所示，恩力动力的LMB18650-4.1Ah电池在容量、标称电压和能量密度上均达到了新的里程碑。

表1：18650电池性能对比

另外，在使用富硅基负极及锂金属负极的下一代电池中，大多数都有充放电期间电池膨胀的问题。为了确保最佳性能，它们需要施加外部压力。恩力动力的这款18650电池利用了圆柱形电池结构的优势，可在不施加外部压力的情况下实现稳定的充放电循环。

目前，恩力动力研发的这款18650锂金属电池处在试制阶段，恩力动力将与包括车企在内的各种电池应用端客户展开积极合作，共同将圆柱形的“下一代”电池推向商业化应用，并将超高比能圆柱电池产品的型号逐步扩展到21700和4680等型号。按照目前恩力动力18650电池的电芯设计，如果把电池尺寸放大到4680时，预计电池容量可达32Ah，重量能量密度可达400Wh/kg以上（特斯拉目前的4680电池容量约为27.5Ah，重量能量密度约为300Wh/kg）4)。

图1A：18650锂离子电池容量的逐年提升

图1B：18650电池能量密度比较

图2：恩力动力18650锂金属电池充放电曲线