18650和21700电芯的全面对比

传统的18650电池具有成熟的配套产业链，成本低廉，是一种理想的锂离子电池，在消费电子领域得到了广泛的应用。但是18650电池容量较小，在动力电池领域应用时，往往需要上万只单体电池组合成为电池组，因此导致电池组的管理难度大幅上升，因此在特斯拉的带领下，掀起了一场21700替换18650电池的风暴。

相比于18650电池，21700电池的容量更高，减少了电池组内单体电池的数量，降低了电池组的复杂程度，吸引了众多的关注。近日，德国巴登-符腾堡州太阳能与氢能研究中心的Thomas Waldmann（第一作者，通讯作者）等人从电性能、热性能等方面对两种电池进行了全面的对比，研究表明21700电池在大电流充放电的过程中产热更为明显，因此电池的极化相应较小，同时由于外壳等非活性物质占比降低，因此能量密度可以提升6%左右。

为了能够更为准确的对两种电池进行对比，作者采用相同配方的电极、隔膜和电解液制备了18650和21700两种电池，两种电池的配方设计如下表所示，因此两种电池的主要区别来自于尺寸方面。实验中为了获取电池内部的温度信息，作者在电池内部的中间位置植入了一个K型的热电偶。

虽然21700和18650电池理论上直径分别为21mm和18mm，但是实际上为了能够卷绕更多的电极，提升电池的容量和能量密度，因此通常能量型的电池的直径都要略大于理论值，例如作者测量的某款能量型21700电池外径实际是21.15mm左右。因此在下图a中作者分析壳体外径增加50-400um时，电池增加的卷绕长度，从图中能够看到在极片+隔膜总厚度为200um时，壳体直径增加400um时，电极额外增加的卷绕的长度可以达到1圈。

Thomas Waldmann的研究表明由于结构上的区别会导致两种电池在电性能和热特性上的区别，例如由于放电过程中21700电池热效应更为明显，因此21700电池在倍率测试中极化更小。21700电池能够卷入更多的电极，因此外壳等非活性零部件的重量占比显著降低，因此电池的能量密度相比于18650电池提升6%。

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