電動工具電池為什么要從圓柱鋰電池轉(zhuǎn)換高倍率軟包鋰聚合物電池?

　　隨著技術(shù)的不斷進(jìn)步，電動工具逐漸成為人們?nèi)粘Ｉ詈凸ぷ髦斜夭豢缮俚囊徊糠?。相對于早期的鎳鎘、鎳氫電池及鉛酸蓄電池，鋰離子電池具有體積小、重量輕、輸出功率高、自放電率低等優(yōu)點，因此，鋰離子電池已經(jīng)廣泛應(yīng)用于電動工具等領(lǐng)域，但隨著市場的發(fā)展，電動工具市場對電池性能提出了更高要求，并有向高倍率軟包鋰聚合物電池發(fā)展的趨勢,那電動工具電池為什么要從圓柱鋰電池轉(zhuǎn)換高倍率軟包鋰聚合物電池呢?

　　常見的電動工具包括電鉆、電動砂輪機、電動扳手和電動螺絲刀、電錘和沖擊電鉆、混凝土振動器、電刨，及以割草機為代表的園林工具等。電動工具因其攜帶方便、操作簡單、功能多樣等特點，可以大大減輕勞動強度，提高工作效率，實現(xiàn)手工操作機械化，因而被廣泛應(yīng)用于建筑、住房裝潢、汽車、機械、電力、橋梁、園藝等領(lǐng)域，并大量進(jìn)入家庭。

　　一、市場現(xiàn)狀

　　根據(jù)市場研究機構(gòu)QYResearch的數(shù)據(jù)，全球鋰離子電池電動工具市場預(yù)計將從2022年的123.6億美元增長到2029年的215.6億美元，年復(fù)合年增長率為8.06%。市場方面，目前北美地區(qū)占主導(dǎo)，2022年擁有38.90%的份額，其次是歐洲和中國，占比分別為35.86%和7.16%。預(yù)計未來幾年，東南亞地區(qū)增長最快，2023-2029期間CAGR大約為14.02%。生產(chǎn)制造方面， 2022年中國和北美占比分別為62.28%和11.95%，預(yù)計中國地區(qū)2029年份額將達(dá)到66.16%。

　　電動工具逐步從有線轉(zhuǎn)向無線。當(dāng)前雖然有線工具仍然擁有可觀的銷量，但向無線化轉(zhuǎn)變的趨勢不可逆轉(zhuǎn)。

　　二、電動工具為什么要用鋰離子電池?

　　1895年，第一臺現(xiàn)代電動工具誕生。直到20世紀(jì)60年代，隨著電池制造技術(shù)的發(fā)展，出現(xiàn)了用鎳鎘電池作為電源的無繩電動工具。到70年代中后期，因電池價格降低，充電時間也縮短，這種電動工具在歐美、日本得到廣泛使用。隨著90年代二次鋰離子電池開始商業(yè)化，電動工具逐漸采用更高能量密度的鋰離子電池。當(dāng)前仍以18650、21700等圓柱鋰離子電池為主，直到2015年左右，軟包鋰離子電池因其在重量及循環(huán)壽命等方面的優(yōu)勢而逐漸被重視。

　　1、小型化

　　在電動工具的普及過程中，越來越多的家庭消費者傾向于自主完成小型任務(wù)，小型化的電動工具逐漸成為了未來產(chǎn)品的發(fā)展趨勢之一。隨著鋰電技術(shù)的不斷進(jìn)步和相關(guān)成本逐步下降，鋰離子電池電量儲備大、重量輕的特點進(jìn)一步順應(yīng)了小型化的發(fā)展趨勢。

　　2、高倍率放電

　　為了配合電動工具電機的高功率工作，所使用的鋰離子電池需具備優(yōu)異的高倍率(大電流)放電能力，這樣才具有優(yōu)異的續(xù)航能力和循環(huán)壽命。

　　3、長壽命

　　長壽命電池可降低消費者的使用成本。鉛酸蓄電池使用壽命一般為300次滿充滿放，18650電池約500次，軟包鋰離子電池約1000次。電池壽命還與消費者的使用頻率、習(xí)慣及環(huán)境等有關(guān)。

　　4、快速充電

　　鋰離子電池的充電速度快，可以在較短時間內(nèi)為電動工具補充續(xù)航，通常80%電量可以在60分鐘內(nèi)完成。

　　5、環(huán)保

　　鋰離子電池相比于其他電池具有更高的能量密度、更長的循環(huán)壽命、無記憶效應(yīng)等優(yōu)點，并且沒有汞、鎘等有害物質(zhì)，因此得到了廣泛的開發(fā)和應(yīng)用。

　　三、電動工具為什么要從圓柱鋰電池轉(zhuǎn)換高倍率軟包鋰聚合物電池?

　　電動工具電池從圓柱鋰電池轉(zhuǎn)換高倍率軟包鋰聚合物電池的原因可以從以下幾個方面進(jìn)行闡述：

　　1、高倍率放電：高倍率軟包鋰聚合物電池在 discharge rate(放電速率)方面具有明顯優(yōu)勢。相較于圓柱鋰電池，高倍率軟包鋰聚合物電池可以在高電流下穩(wěn)定工作，提供更大的瞬時功率。這對于電動工具而言，意味著更高的輸出效率和更強的性能表現(xiàn)。在追求高速、高效、高負(fù)荷工作的現(xiàn)代電動工具市場中，高倍率軟包鋰聚合物電池具有很強的競爭力，為了配合電動工具電機的高功率工作，所使用的鋰離子電池需具備優(yōu)異的高倍率(大電流)放電能力，這樣才具有優(yōu)異的續(xù)航能力和循環(huán)壽命。

　　2、輕量化：高倍率軟包鋰聚合物電池在體積和重量上具有優(yōu)勢。相較于圓柱鋰電池，高倍率軟包鋰聚合物電池采用薄膜電極技術(shù)，使得電池整體更輕、更薄。這有助于電動工具實現(xiàn)輕便、便攜的設(shè)計，滿足消費者對便捷性的需求。

　　3、高能量密度：軟包鋰聚合物電池的能量密度相對較高，這意味著在相同體積或重量的情況下，軟包鋰聚合物電池可以提供更長的使用時間。對于電動工具而言，高能量密度電池可以提高工具的續(xù)航能力，滿足用戶對長時間工作的需求。

　　4、循環(huán)壽命：高倍率軟包鋰聚合物電池具有較長的循環(huán)壽命。在正常使用條件下，高倍率軟包鋰聚合物電池的壽命可以達(dá)到數(shù)百次充放電循環(huán)，遠(yuǎn)高于圓柱鋰電池。長循環(huán)壽命可以降低電池的報廢率，減少資源浪費，同時降低用戶更換電池的頻率，提高產(chǎn)品的經(jīng)濟性。

　　5、安全性：高倍率軟包鋰聚合物電池在設(shè)計上注重安全性。采用薄膜電極技術(shù)和優(yōu)質(zhì)電解質(zhì)材料，提高了電池的熱穩(wěn)定性和化學(xué)穩(wěn)定性。相較于圓柱鋰電池，高倍率軟包鋰聚合物電池的內(nèi)短路風(fēng)險更低，熱失控可能性更小，有效保障了產(chǎn)品和使用者的安全。

　　6、定制化需求：隨著電動工具市場的細(xì)分，不同類型和層次的產(chǎn)品對電池的需求各異。高倍率軟包鋰聚合物電池具有較好的定制化潛力，可以根據(jù)產(chǎn)品特點和用戶需求，設(shè)計不同形狀、容量、電壓和性能的電池。這為電動工具廠商提供了更多創(chuàng)新和差異化產(chǎn)品的可能。

　　7、環(huán)保優(yōu)勢：高倍率軟包鋰聚合物電池不含鎳、鈷等重金屬元素，對環(huán)境污染較小。在全球環(huán)保意識不斷提高的背景下，使用環(huán)保型電池已成為電動工具行業(yè)的發(fā)展趨勢。高倍率軟包鋰聚合物電池在這一方面具有明顯優(yōu)勢，有助于企業(yè)滿足綠色發(fā)展的需求。

　　8、國內(nèi)產(chǎn)業(yè)鏈成熟：近年來，我國鋰電產(chǎn)業(yè)取得了顯著的發(fā)展成果，特別是在鋰聚合物電池領(lǐng)域。國內(nèi)企業(yè)在技術(shù)研發(fā)、產(chǎn)能規(guī)模、產(chǎn)業(yè)鏈完善等方面具備競爭優(yōu)勢，為電動工具廠商提供了充足的支持。隨著國產(chǎn)高倍率鋰聚合物電池性能的不斷提升，其在電動工具領(lǐng)域的應(yīng)用將更加廣泛。

　　四、電動工具用高倍率軟包鋰聚合物電池解決方案

　　為了滿足電動工具高功率工作、使用壽命長的特點，我司在產(chǎn)品設(shè)計方面包括電芯開發(fā)、電子器件選型及結(jié)構(gòu)件設(shè)計上都要作特殊考量，使得電芯可大倍率放電、溫升低、壽命長，電子方案及結(jié)構(gòu)件安全可靠。

　　電動工具用電池包(Pack)主要由鋰聚合物電池、電子件及結(jié)構(gòu)件組成，而鋰聚合物電池目前主要有軟包聚合物電池和圓柱鋰聚合物電池兩類，其中高倍率軟包鋰聚合物電池正在逐漸替代圓柱電池成為主流。

　　1.高倍率軟包鋰聚合物電池包解決方案

　　相對于圓柱電池，高倍率軟包鋰聚合物電池因具有重量輕、倍率性能好、循環(huán)壽命長、安全性更高及尺寸可靈活定制等優(yōu)勢，近年逐漸受到重視。對于軟包電池，要滿足電動工具的高倍率放電需求，可從電芯結(jié)構(gòu)及化學(xué)體系設(shè)計上去考慮，降低電池內(nèi)阻，減小充放電極化，達(dá)到提升倍率性能的目的。

　　1.1：電芯結(jié)構(gòu)

　　格瑞普電池在電芯結(jié)構(gòu)上采用了疊片工藝生產(chǎn)，疊片電池工藝能有效避免卷繞工藝中由于極片、隔膜折彎而產(chǎn)生的掉粉、縫隙等極芯缺陷;同時，在倍率性上，疊片結(jié)構(gòu)電池相比卷繞工藝的普通結(jié)構(gòu)、極耳中臵結(jié)構(gòu)、多極耳結(jié)構(gòu)電池的倍率性能更好，格瑞普高倍率軟包鋰聚合物電池多極耳結(jié)構(gòu)由于極耳數(shù)量更多且分布均勻，可大幅降低電池內(nèi)阻，提高電池倍率性能，可支持10C以上放電;有效降低電池高倍率放電的溫升，顯著延長電池循環(huán)壽命。多極耳結(jié)構(gòu)電池已經(jīng)應(yīng)用在無人機、模型、應(yīng)急啟動電源、UPS等領(lǐng)域。

　　1.2：化學(xué)體系設(shè)計

　　為了滿足電動工具高倍率放電的特點，需要盡可能地降低電池內(nèi)阻，減小電池充放電時的極化，除了電池結(jié)構(gòu)采用多極耳疊片工藝外，在材料體系設(shè)計上也要作相應(yīng)地考慮。

　　首先，正極一般會采用單晶高鎳材料，單晶材料不易開裂，穩(wěn)定性與安全性高于多晶材料。采用單晶技術(shù)生產(chǎn)的產(chǎn)品可有效解決二次顆粒團(tuán)聚體技術(shù)容易導(dǎo)致二次球開裂、破碎引發(fā)的電池電化學(xué)環(huán)境劇烈變化，導(dǎo)致電池循環(huán)壽命縮短、性能惡化等問題，在產(chǎn)品高溫循環(huán)穩(wěn)定性、結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性、安全性能等方面具有顯著優(yōu)勢。

　　其次，負(fù)極一般選取倍率型石墨材料，滿足快充快放時嵌脫鋰的要求，對能量密度要求高的產(chǎn)品也可采用摻硅負(fù)極。對于電解液，需要選取產(chǎn)氣少、動力學(xué)性能優(yōu)的溶劑體系，并且在添加劑的開發(fā)上要能降低正極成膜阻抗、抑制電解液在正極界面的分解及過渡金屬元素的溶出，還要確保在負(fù)極的成膜穩(wěn)定性及安全性。對于隔膜，需要采用高孔隙低透氣度的產(chǎn)品，滿足鋰離子的快速遷移。對于極耳及集流體，在滿足工藝能力及能量密度的前提下，要充分考慮電池的歐姆阻抗及對充放電溫升的影響。

　　綜上所述，格瑞普電池在多極耳疊片結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)上，選用動力學(xué)性能更優(yōu)的化學(xué)體系，使電芯支持5C持續(xù)快充，5C~50C的持續(xù)快放，并且循環(huán)壽命達(dá)800次以上。

　　對于現(xiàn)有圓柱電池包使用高倍率軟包鋰聚合物電池包進(jìn)行同尺寸替換，能量可增長約26%;若保持能量與圓柱電池包一致，那么軟包電池包重量可減輕一定比例。

　　五、電動工具用高倍率軟包鋰聚合物電池的發(fā)展趨勢

　　在電動工具普及過程中，越來越多的消費者傾向于自己動手完成小型任務(wù)，無繩化、便攜性、小而輕型化成為電動工具的發(fā)展趨勢。

　　而當(dāng)前電動工具由于圓柱電池重量較重，不滿足小而輕型化的特點，因高倍率軟包鋰聚合物電池重量更輕、放電倍率更高、循環(huán)壽命更長的優(yōu)勢，在電動工具高端領(lǐng)域具有廣闊前景。

　　總之，電動工具電池從圓柱鋰電池轉(zhuǎn)換高倍率軟包鋰聚合物電池，主要是為了追求更高的能量密度、輕量化、安全性以及環(huán)保優(yōu)勢。同時，高倍率軟包鋰聚合物電池在定制化需求、國內(nèi)產(chǎn)業(yè)鏈成熟等方面也具有優(yōu)勢。隨著鋰聚合物電池技術(shù)的不斷進(jìn)步和市場需求的日益增長，高倍率軟包鋰聚合物電池將在電動工具領(lǐng)域發(fā)揮越來越重要的作用。