从 电芯 到 模组 再到 电池包 - 1

Cybertruck电池全网首拆在今年3月发布了一期介绍电池构成的视频，比较了圆柱、软包和方壳各类电芯到模组再到电池包的设计思路，干货满满，本期就和笔者一起看看其中究竟吧。

首先看一下动力电池的最小能量单元：电芯。第一种是圆柱电芯，因其正负极极片被封装在圆柱状外壳中得名。它们通常体型较小，常见尺寸有18650、21700和4680，通常可以容纳 4-25Ah 的容量。不同于软包和方壳，圆柱状外壳有利于束缚极片的膨胀力，但同时由于体积小，热失控时容易在内部积聚更大压力而爆炸，这也是特斯拉选择用聚氨酯填满Cybertruck电池拆解之二的原因。

第二种是软包电芯。软包电芯尺寸可随需要定制，通常比较扁平，通常可以容纳 50-100Ah 的容量。内部极片多以堆叠形式成组，极耳可在同侧或者对侧，对侧极耳的电芯通常组装在390mm或590mm长的模组中，例如LG给大众MEB平台提供的电芯就是这种类型。‍‍‍‍‍‍‍‍‍‍‍‍

最后一种是方壳电芯，外层多为掺杂微量元素的铝合金，机械性能较强，通常可以容纳 50-200Ah 的容量。这种方方正正的外观更方便填满电池包内的空间，小米SU7 MAX电池拆解-1用的就是这类电芯。根据不同容量，方壳内部可容纳 1-4 个卷芯，大容量多个卷芯的设计，可以缓解极片循环过程中产生的内在张力对极片拐角和平整度的负面影响，从而提高电池使用寿命。

拆开电芯的外壳，可以看到内部卷芯主要有三部分：正极片，负极片，隔离膜。正极片由集流体（铝箔或复合铝箔）和活性物质（LFP/NCM/NCA + 导电剂 + 粘结剂）构成，比如特斯拉标准续航版用的是LFP正极，而长续航版用的是NCA正极。

负极集流体（铜箔）和活性物质（石墨/SiC + 导电剂 + 粘结剂）构成，比如特斯拉标准续航版用的是石墨负极，而极氪009用的是石墨掺硅负极。中间的隔离膜起到隔绝电子导通锂离子的作用，通常表面会涂有粘结剂和陶瓷层。‍‍‍‍‍‍

仔细看圆柱电芯负极片边缘伸出的极耳，它是用来连接电芯底部从而实现导电的。在18650或21700尺寸的电芯中，只需要一个这样窄窄的极耳就可以满足电流的导通，并且不会产生明显的局部过热情况。

但对于容量放大至23Ah的4680来说，这么小的极耳显然提供不了足够的过流能力，充放电时极片中不均匀的电流分布会造成严重的极化，导致电芯内阻急剧上升，充放电效率骤降。极端情况下甚至会导致局部过热，引发热失控。

所以特斯拉采用了全极耳设计，保留边缘的铜箔，提高过流能力，降低内阻，避免热失控。‍‍‍

说到热失控，方壳电芯的安全措施是在顶盖设计防爆阀，用于内部过热内压过大时释放高温气体，从而避免电芯爆炸。

然而对于软包电芯来说，定向排气是很难实现的，因为外层的铝塑膜在高温高压下的破裂是不可预测的，这也是为什么MEB平台不得不加入大量的气凝胶，并在模组上加盖一整块隔热云母板的原因。9月在从韩国奔驰自燃看软包动力电池安全，应该是高镍软包电池安全难点的一个缩影。

以上是电芯部分的简单介绍，希望对感兴趣的小伙伴有所帮助。