科普：浅谈圆柱型电芯类型

Original 充电头网评测室充电头网评测室 2024-01-01

前言

作为新能源汽车的“大心脏”，动力电池近年发展迅速，无论是产业规模，还是产品类别都有长足发展。众所周知，搭载在产品上的动力电池往往并不是单一电池，是由若干电芯模组化装配组成的，这些电芯基于不同的应用场景，于是出现了不同的电芯类型。

电芯是指电池中的核心组件，通常是一个能够存储和释放电能的化学能量储存装置。电芯的外观通常可以用来区分不同类型的电池。基于电芯外观类型进行分类，可将其分为圆柱电芯、软包电芯、以及方形电芯。

简介

发展历史

圆柱型电芯发展悠久，自有干电池推出以来，电池基本都是以圆柱型外观为主。然而，随着新能源产业和储能产业的发展，电池类型逐渐丰富起来。而作为经典外观类型的“圆柱型电芯”也有了一定进化。在动力电池逐渐衍生出18650、21700、26650等类型。

命名规则

圆柱型电芯制作工艺成熟，外形也比较严整，所以为了区分其规格和成分。有一套成熟的命名方式。其命名规则通常基于其尺寸、形状、化学成分和其他特性。以下是一些常见的圆柱形电芯命名规则的要点：

尺寸标识：电池的尺寸通常由其直径和长度表示。例如，18650电池的直径为18毫米，长度为65毫米，0指的是圆柱型。

化学成分标识：电池的化学成分也可能被包含在其名称中。例如，锂离子电池通常被标识为Li-ion。

电池类型标识：电池类型也可能在名称中得到反映，例如，锂聚合物电池（Li-Polymer）。

制造商标识：制造商的信息通常也包含在电池的型号中，以便区分不同厂家的产品。

容量标识：电池的容量通常以毫安时（mAh）或安时（Ah）为单位表示，表示电池能够在一定电流下供应电能的时间。

举例来说，一个典型的18650电池可能有如下命名："18650 Li-ion 2500mAh"，这表示这是一种直径为18毫米、长度为65毫米的锂离子电池，容量为2500毫安时。

这只是一种通用的命名规则示例，实际上可能会有一些变化。在购买电池时，建议查看电池的规格表和制造商提供的信息，以确保选择的电池符合特定应用的要求。

结构

以下为常见圆柱型电芯结构，详见下图：

1、普通用圆柱形锂离子电池由外壳、盖帽、正极、负极、隔膜及电解液组成。一般电池外壳为电池的负极，盖帽为电池的正极，电池外壳采用镀镍钢板。

2、动力型圆柱形电池重要差别在于电池的导电连接结构，因为动力锂电池一般应用电流比较大，要专门的大电流结构设计。

圆柱电芯特点

圆柱电芯一般外披钢壳或铝壳，结构稳定、能量密度高。圆柱锂电池电芯一般用于动力电池上，比如典型的特斯拉Model 3搭载的21700电芯，一度让21700风靡电芯市场。

然而，圆柱型电芯也并非都是优点，它的缺点同样也比较明显。比如饱受诟病的空间利用率问题，圆柱外形在模组化的情况下，会造成较大的空间浪费，这点远逊于更利于堆叠的软包和方形电芯。

以下，大致归纳了有关圆柱电芯的一些优势和劣势，方便大家更直观的了解其特点。

优势

较高的能量密度

圆柱形电芯通常具有相对较高的能量密度，这意味着它们能够提供相对较大的电能存储在相对小的体积内。一般单节圆柱式锂电池的额定能量密度在300～500Wh/kg之间，其比功率可达100W以上。根据不同型号规格的产品，该类产品的实际性能有所差异。

良好的散热性能

由于其圆柱形状，电芯表面积相对较大，这有助于散热。这对于电池在高负载或高温条件下的性能稳定性至关重要。当然散热性能相比软包电池还是有所差距，软包电池的比热面积更大，但是，软包电池外壳相对柔软，容易因此破发生漏液。

相对较长的寿命

首先，圆柱形电芯的设计通常能够提供较长的循环寿命，尤其是在可充电电池中；其次，圆柱型电芯生产工艺成熟、PACK成本较低、电池产品良率较高、散热性能好，也提高了使用寿命。

稳定性高

首先，圆柱形电池一般为密封蓄电池，使用过程中不存在维护问题；然后，电池外壳一般耐压高，使用过程中不会出现如方形、软包装电池膨胀等现象。

劣势

空间利用效率较低

圆柱形电芯的形状可能会导致在设备内部空间利用效率较低，特别是在一些紧凑型设备中。相对于方形电芯，圆柱形电芯在堆叠时可能会留下较多的空隙，导致空间浪费。

重量较大

相较于一些其他形状的电芯，圆柱形电芯在相同容量下的重量可能较大，这对于一些轻量化要求较高的应用可能不太适合。尤其在动力电池上，会增加车辆的自重，影响续航里程。

可塑性较差

相对于软包电芯等柔性电芯，圆柱形电芯在形状上相对刚性，因此在某些特殊设计需求下可能不太灵活。这种较差的可塑性使得装配方式极为固定，欠缺灵活性。

圆柱型电芯类型

圆柱型电芯类型丰富，根据各自的性能特点在不同领域都有特殊应用。小编整理了14500、16340、18650、21700、26650、46800等六款电芯。

为方便大家直观了解这些电芯的区别，我们汇总了6种电信的主要信息，制成表格，大家可以自行对比，以下为电芯详情：

14500电池

14500电池是一种直径为14毫米、高度为50毫米的锂电池。这种电池一般为3.7V或3.2V，标称容量相对较小，比10440电池大一点，一般为1600mah，放电性能优越，应用领域主要是消费电子，如无线音频、电动玩具、数码相机等。

16340电池

16340电池是一种直径为16毫米、高度为34毫米的锂电池。也被称为 CR123A 或 RCR123A 电池。其标称电压通常为3.7伏特，这是锂离子电池的典型工作电压。

容量可以因制造商和型号而异，但一般在600毫安时（mAh）到1200mAh之间。这决定了电池能够在一次充电中提供的电能。16340 电池常用于一些特殊的电子设备，例如高亮手电筒、激光指示器、照相机闪光灯等，因为它们相对小巧但能提供较高的电能密度。

18650电池

18650电池是一种直径为18毫米、高度为65毫米的锂电池。18650是锂离子电池的鼻祖--日本SONY公司当年为了节省成本而定下的一种标准性的锂离子电池型号。

它最大的特点是能量密度非常高，几乎达到170瓦时/公斤。因此，这种电池是一种性价比很高的电池。我们经常看到的大多数电池都是这种电池，因为它是一种相对成熟的锂电池，在各个方面都具有良好的系统质量稳定性。

18650电池寿命理论为循环充电1000次，由于单位密度容量很大，所以大部分用于笔记本电脑电池。除此之外，因18650在工作中的稳定性能非常好，广泛应用于各大电子领域：常用于高档强光手电、随身电源，无线数据传输器，电热保暖衣、鞋，便携式仪器仪表，便携式照明设备，便携式打印机，工业仪器，医疗仪器等

21700电池

21700电池是一种直径为21毫米、高度为70毫米的锂电池。由于其体积增大，空间利用率增大，可提高电池单体和系统的能量密度，其体积能量密度远高于18650电池，广泛应用于数码、电动汽车、平衡车、太阳能锂电池路灯、LED灯、电动工具等。

21700电池最早是由松下为美国特斯拉公司开发的。在2017年1月4日的投资者见面会上，特斯拉宣布与松下联合研发的新型21700电池开始量产，这款电池将在Gigafactory超级电池工厂生产。特斯拉CEO马斯克表示，21700型电池的电量密度是目前世界上能量密度最高且成本最低的电池，售价也将更平易近人。

以Model 3的21700型电池系统为例，能量密度在300Wh/kg左右，比原来Model S使用的18650电池能量密度提升20%以上，单体容量提升35%，系统成本降低9%左右。从一开始，21700巨大的优势便引发业界广泛关注和研究。

26650电池

26650电池是一种直径为26mm、高度为65mm的锂电池，标称电压为3.2V。标称容量为3200mah，这种电池具有优良的容量和高度的一致性，已逐渐成为18650电池的替代趋势，许多产品在动力电池方面也会逐渐受到青睐。

一般用于用于电动工具、照明、风光储能、电动车、玩具、仪器仪表、ups后备电源、通讯设备、医疗设备及军工灯领域。常见的有用镍钴锰正极材料、磷酸铁锂材料做成的锂电池——INR26650-3.6V-4500mAh、IFR26650-3.2V-3200mAh。

46800电池

一般也称为4680电池，即直径 46 mm、高 80 mm 的圆柱电池，目前特斯拉使用的 18650 和 2170 电池也符合这一命名规则，其中 18650 电池最后一个「0」的含义是圆柱，只不过 2170、4680 电池省略了。

直径「46 mm」这个指标，从安全性来看，虽然整车电池节数减少可以降低 BMS 的管理难度，但是大电芯的散热是个难题，46 mm 是个平衡范围内的点。从提升续航和降本的角度来看，特斯拉认为 46 mm 以后整车的续航开始下降，同时降本的边际效益变得非常低，因此 46 mm 是最优解。另外从内部应力和角度来看，46 mm 也是一个比较临界的点，在化学性能、生产工艺没有本质上的突破前，46 mm 是一个黄金尺寸。

充电头网总结

圆柱型电芯作为目前三种电芯类型中最规范，历史最久的电芯类型。目前正处于高速发展的势头，几乎每过一段时间就会有新的型号迭代，并成为主流。

开始奠定圆柱电芯在动力电池上地位的是18650电芯。而随后，为了寻求单体容量的增加，特斯拉联合松下研发出了容量更高、性能更佳的21700电芯。如今，为了适应不同应用产品，除了主流的18650、21700、26650。适配数码等小产品的14500，以及追求极致容量的4680的电芯类型也备受欢迎。

从圆柱电芯发展的趋势而言，更高的能量密度、更好的安全性能、新材料的探索始终是其发展的三大主流方向。这些趋势的发展推动了圆柱型锂电池在各个领域的广泛应用，并使得其在不断变化的市场中保持竞争力。未来，随着技术的进一步创新和市场需求的演变，圆柱型锂电池有望继续迎来更多新的发展机遇。

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