傳統(tǒng)的18650電池具有成熟的配套產(chǎn)業(yè)鏈，成本低廉，是一種理想的鋰離子電池，在消費(fèi)電子領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用。但是18650電池容量較小，在動(dòng)力電池領(lǐng)域應(yīng)用時(shí)，往往需要上萬只單體電池組合成為電池組，因此導(dǎo)致電池組的管理難度大幅上升，因此在特斯拉的帶領(lǐng)下，掀起了一場21700替換18650電池的風(fēng)暴。

相比于18650電池，21700電池的容量更高，減少了電池組內(nèi)單體電池的數(shù)量，降低了電池組的復(fù)雜程度，吸引了眾多的關(guān)注。近日，德國巴登-符騰堡州太陽能與氫能研究中心的ThomasWaldmann（第一作者，通訊作者）等人從電性能、熱性能等方面對兩種電池進(jìn)行了全面的對比，研究表明21700電池在大電流充放電的過程中產(chǎn)熱更為明顯，因此電池的極化相應(yīng)較小，同時(shí)由于外殼等非活性物質(zhì)占比降低，因此能量密度可以提升6%左右。

為了能夠更為準(zhǔn)確的對兩種電池進(jìn)行對比，作者采用相同配方的電極、隔膜和電解液制備了18650和21700兩種電池，兩種電池的配方設(shè)計(jì)如下表所示，因此兩種電池的主要區(qū)別來自于尺寸方面。實(shí)驗(yàn)中為了獲取電池內(nèi)部的溫度信息，作者在電池內(nèi)部的中間位置植入了一個(gè)K型的熱電偶。

雖然21700和18650電池理論上直徑分別為21mm和18mm，但是實(shí)際上為了能夠卷繞更多的電極，提升電池的容量和能量密度，因此通常能量型的電池的直徑都要略大于理論值，例如作者測量的某款能量型21700電池外徑實(shí)際是21.15mm左右。因此在下圖a中作者分析殼體外徑增加50-400um時(shí)，電池增加的卷繞長度，從圖中能夠看到在極片+隔膜總厚度為200um時(shí)，殼體直徑增加400um時(shí)，電極額外增加的卷繞的長度可以達(dá)到1圈。

ThomasWaldmann的研究表明由于結(jié)構(gòu)上的區(qū)別會(huì)導(dǎo)致兩種電池在電性能和熱特性上的區(qū)別，例如由于放電過程中21700電池?zé)嵝?yīng)更為明顯，因此21700電池在倍率測試中極化更小。21700電池能夠卷入更多的電極，因此外殼等非活性零部件的重量占比顯著降低，因此電池的能量密度相比于18650電池提升6%。