电动工具电池为什么要从圆柱锂电池转换为高倍率软包锂聚合物电池？

时间： 2024-01-22 来源：格瑞普官网

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随着技术的不断进步，电动工具逐渐成为人们日常生活和工作中必不可少的一部分。相对于早期的镍镉、镍氢电池及铅酸蓄电池，锂离子电池具有体积小、重量轻、输出功率高、自放电率低等优点，因此，锂离子电池已经广泛应用于电动工具等领域，但随着市场的发展，电动工具市场对电池性能提出了更高要求，并有向高倍率软包锂聚合物电池发展的趋势，那电动工具电池为什么要从圆柱锂电池转换高倍率软包锂聚合物电池呢？

图 1

常见的电动工具包括电钻、电动砂轮机、电动扳手和电动螺丝刀、电锤和冲击电钻、混凝土振动器、电刨，及以割草机为代表的园林工具等。电动工具因其携带方便、操作简单、功能多样等特点，可以大大减轻劳动强度，提高工作效率，实现手工操作机械化，因而被广泛应用于建筑、住房装潢、汽车、机械、电力、桥梁、园艺等领域，并大量进入家庭。

一、市场现状

根据市场研究机构QYResearch的数据，全球锂离子电池电动工具市场预计将从2022年的123.6亿美元增长到2029年的215.6亿美元，年复合年增长率为8.06%。市场方面，目前北美地区占主导，2022年拥有38.90%的份额，其次是欧洲和中国，占比分别为35.86%和7.16%。预计未来几年，东南亚地区增长最快，2023-2029期间CAGR大约为14.02%。生产制造方面， 2022年中国和北美占比分别为62.28%和11.95%，预计中国地区2029年份额将达到66.16%。

电动工具逐步从有线转向无线。当前虽然有线工具仍然拥有可观的销量，但向无线化转变的趋势不可逆转。

图 2

二、电动工具为什么要用锂离子电池？

1895年，第一台现代电动工具诞生。直到20世纪60年代，随着电池制造技术的发展，出现了用镍镉电池作为电源的无绳电动工具。到70年代中后期，因电池价格降低，充电时间也缩短，这种电动工具在欧美、日本得到广泛使用。随着90年代二次锂离子电池开始商业化，电动工具逐渐采用更高能量密度的锂离子电池。当前仍以18650、21700等圆柱锂离子电池为主，直到2015年左右，软包锂离子电池因其在重量及循环寿命等方面的优势而逐渐被重视。

1、小型化

在电动工具的普及过程中，越来越多的家庭消费者倾向于自主完成小型任务，小型化的电动工具逐渐成为了未来产品的发展趋势之一。随着锂电技术的不断进步和相关成本逐步下降，锂离子电池电量储备大、重量轻的特点进一步顺应了小型化的发展趋势。

2、高倍率放电

为了配合电动工具电机的高功率工作，所使用的锂离子电池需具备优异的高倍率(大电流)放电能力，这样才具有优异的续航能力和循环寿命。

3、长寿命

长寿命电池可降低消费者的使用成本。铅酸蓄电池使用寿命一般为300次满充满放，18650电池约500次，软包锂离子电池约1000次。电池寿命还与消费者的使用频率、习惯及环境等有关。

4、快速充电

锂离子电池的充电速度快，可以在较短时间内为电动工具补充续航，通常80%电量可以在60分钟内完成。

5、环保

锂离子电池相比于其他电池具有更高的能量密度、更长的循环寿命、无记忆效应等优点，并且没有汞、镉等有害物质，因此得到了广泛的开发和应用。

三、电动工具为什么要从圆柱锂电池转换高倍率软包锂聚合物电池？

电动工具电池从圆柱锂电池转换高倍率软包锂聚合物电池的原因可以从以下几个方面进行阐述：

1、高倍率放电：高倍率软包锂聚合物电池在 discharge rate(放电速率)方面具有明显优势。相较于圆柱锂电池，高倍率软包锂聚合物电池可以在高电流下稳定工作，提供更大的瞬时功率。这对于电动工具而言，意味着更高的输出效率和更强的性能表现。在追求高速、高效、高负荷工作的现代电动工具市场中，高倍率软包锂聚合物电池具有很强的竞争力，为了配合电动工具电机的高功率工作，所使用的锂离子电池需具备优异的高倍率(大电流)放电能力，这样才具有优异的续航能力和循环寿命。

2、轻量化：高倍率软包锂聚合物电池在体积和重量上具有优势。相较于圆柱锂电池，高倍率软包锂聚合物电池采用薄膜电极技术，使得电池整体更轻、更薄。这有助于电动工具实现轻便、便携的设计，满足消费者对便捷性的需求。

3、高能量密度：软包锂聚合物电池的能量密度相对较高，这意味着在相同体积或重量的情况下，软包锂聚合物电池可以提供更长的使用时间。对于电动工具而言，高能量密度电池可以提高工具的续航能力，满足用户对长时间工作的需求。

4、循环寿命：高倍率软包锂聚合物电池具有较长的循环寿命。在正常使用条件下，高倍率软包锂聚合物电池的寿命可以达到数百次充放电循环，远高于圆柱锂电池。长循环寿命可以降低电池的报废率，减少资源浪费，同时降低用户更换电池的频率，提高产品的经济性。

图 3

5、安全性：高倍率软包锂聚合物电池在设计上注重安全性。采用薄膜电极技术和优质电解质材料，提高了电池的热稳定性和化学稳定性。相较于圆柱锂电池，高倍率软包锂聚合物电池的内短路风险更低，热失控可能性更小，有效保障了产品和使用者的安全。

6、定制化需求：随着电动工具市场的细分，不同类型和层次的产品对电池的需求各异。高倍率软包锂聚合物电池具有较好的定制化潜力，可以根据产品特点和用户需求，设计不同形状、容量、电压和性能的电池。这为电动工具厂商提供了更多创新和差异化产品的可能。

7、环保优势：高倍率软包锂聚合物电池不含镍、钴等重金属元素，对环境污染较小。在全球环保意识不断提高的背景下，使用环保型电池已成为电动工具行业的发展趋势。高倍率软包锂聚合物电池在这一方面具有明显优势，有助于企业满足绿色发展的需求。

8、国内产业链成熟：近年来，我国锂电产业取得了显著的发展成果，特别是在锂聚合物电池领域。国内企业在技术研发、产能规模、产业链完善等方面具备竞争优势，为电动工具厂商提供了充足的支持。随着国产高倍率锂聚合物电池性能的不断提升，其在电动工具领域的应用将更加广泛。

四、电动工具用高倍率软包锂聚合物电池解决方案

为了满足电动工具高功率工作、使用寿命长的特点，我司在产品设计方面包括电芯开发、电子器件选型及结构件设计上都要作特殊考量，使得电芯可大倍率放电、温升低、寿命长，电子方案及结构件安全可靠。

电动工具用电池包(Pack)主要由锂聚合物电池、电子件及结构件组成，而锂聚合物电池目前主要有软包聚合物电池和圆柱锂聚合物电池两类，其中高倍率软包锂聚合物电池正在逐渐替代圆柱电池成为主流。

1.高倍率软包锂聚合物电池包解决方案

相对于圆柱电池，高倍率软包锂聚合物电池因具有重量轻、倍率性能好、循环寿命长、安全性更高及尺寸可灵活定制等优势，近年逐渐受到重视。对于软包电池，要满足电动工具的高倍率放电需求，可从电芯结构及化学体系设计上去考虑，降低电池内阻，减小充放电极化，达到提升倍率性能的目的。

1.1：电芯结构

格瑞普电池在电芯结构上采用了叠片工艺生产，叠片电池工艺能有效避免卷绕工艺中由于极片、隔膜折弯而产生的掉粉、缝隙等极芯缺陷;同时，在倍率性上，叠片结构电池相比卷绕工艺的普通结构、极耳中臵结构、多极耳结构电池的倍率性能更好，格瑞普高倍率软包锂聚合物电池多极耳结构由于极耳数量更多且分布均匀，可大幅降低电池内阻，提高电池倍率性能，可支持10C以上放电;有效降低电池高倍率放电的温升，显著延长电池循环寿命。多极耳结构电池已经应用在无人机、模型、应急启动电源、UPS等领域。

图 4

1.2：化学体系设计

为了满足电动工具高倍率放电的特点，需要尽可能地降低电池内阻，减小电池充放电时的极化，除了电池结构采用多极耳叠片工艺外，在材料体系设计上也要作相应地考虑。

首先，正极一般会采用单晶高镍材料，单晶材料不易开裂，稳定性与安全性高于多晶材料。采用单晶技术生产的产品可有效解决二次颗粒团聚体技术容易导致二次球开裂、破碎引发的电池电化学环境剧烈变化，导致电池循环寿命缩短、性能恶化等问题，在产品高温循环稳定性、结构稳定性、安全性能等方面具有显著优势。

其次，负极一般选取倍率型石墨材料，满足快充快放时嵌脱锂的要求，对能量密度要求高的产品也可采用掺硅负极。对于电解液，需要选取产气少、动力学性能优的溶剂体系，并且在添加剂的开发上要能降低正极成膜阻抗、抑制电解液在正极界面的分解及过渡金属元素的溶出，还要确保在负极的成膜稳定性及安全性。对于隔膜，需要采用高孔隙低透气度的产品，满足锂离子的快速迁移。对于极耳及集流体，在满足工艺能力及能量密度的前提下，要充分考虑电池的欧姆阻抗及对充放电温升的影响。

综上所述，格瑞普电池在多极耳叠片结构基础上，选用动力学性能更优的化学体系，使电芯支持5C持续快充，5C~50C的持续快放，并且循环寿命达800次以上。

对于现有圆柱电池包使用高倍率软包锂聚合物电池包进行同尺寸替换，能量可增长约26%；若保持能量与圆柱电池包一致，那么软包电池包重量可减轻一定比例。

五、电动工具用高倍率软包锂聚合物电池的发展趋势

在电动工具普及过程中，越来越多的消费者倾向于自己动手完成小型任务，无绳化、便携性、小而轻型化成为电动工具的发展趋势。

而当前电动工具由于圆柱电池重量较重，不满足小而轻型化的特点，因高倍率软包锂聚合物电池重量更轻、放电倍率更高、循环寿命更长的优势，在电动工具高端领域具有广阔前景。

总之，电动工具电池从圆柱锂电池转换高倍率软包锂聚合物电池，主要是为了追求更高的能量密度、轻量化、安全性以及环保优势。同时，高倍率软包锂聚合物电池在定制化需求、国内产业链成熟等方面也具有优势。随着锂聚合物电池技术的不断进步和市场需求的日益增长，高倍率软包锂聚合物电池将在电动工具领域发挥越来越重要的作用。

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应能微 MOSFET/TVS/电源管理芯片(PMIC)选型指南

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型号- AU1271P6,AU4581D3,APC2801 SERIES,ASM12,SLVU2.8-4,CM2302B,CM2302A,CMN3002TF5,AU4581D3H,SMF15A,AU0571P1A,AR0544P5LV,AU2424P5LV,AU1281D1F,AU0521D5,CM65R400XF,AU1221P1,CM60N10AGB,AR0511P1LV,CM2301B,CM2301A,AU2481D1F-T,AU2421P1,AU4891P1,SMCJ50CA,AU0591P1,CM2312J,AR0552S2,CMN6002GF5,AU2471D1F-T,CM20N65TP,AR0524P5,APO3605A,SMAJ15CA,SMAJ26A,AU0771P6,AU0541P1,AU0541P0,AR3341P0SC,APO2003F,CM1602A,AR0502S2,APO2003H,AR0502S1,AR6051P1,APO2003D,AU0581D3,ASD05,APO3105A,CMN1002PGLA,AR0502S5,ASD12CL,SMAJ26CA,SMAJ15A,APC2801,CM20N65TF,AU056P1,AU1501P4-3,CM4N65BTF,AR2411P1,AU0501P4-3,CM4N65BTP,AR0508PBA,AU1271D3,AU1201P4-3,CMN4002F5,AU0521P0,CM180N10AGB,CM80N10GF5,CM2305TW,CM5N65TF,CM5N65TP,CMN3003GF5,AR3324P5,AU0581P1A,AR1811P1A,CMN3004AF5,AU0521P4-3,AU0561D5,SMBJ15CA,AR0524P5B,AR0541P0S,CM7N65TP,AR3621P0,AR3621P1,AU0581P1H,AR0524P5L,AU1811P1,AR3621P6,CM65R550D,CM65R550F,CM7N65TF,APO3605,AR1811P0A,AR0541P1,CMN6004GLA,CM3401P,AU0521PZ,AU0701P4-3,AR1821P1,SMBJ26CA,CM65R550FF,ASD05C,APL0501A,APL0501B,AU0781D1F,AU0581P6,SMBJ26A,SRV05-4L,AU0581P1,AU1571P6,CM65R550FP,AR3311D3U,AU2804S8,CMN301R5F5,AR0504S2L,AR0504S2,AR0504S2A,ASRV05-4,SMBJ15A,AU0701P1,ASM24CLV,AR0521P0LV,ASM05C,AR0504P3,AU4501P4-3L,CMN3013F3D,AR5051P1,CM2302BH,AU0571D1F,CMN1003GXP,CM80N10LGF5,AU0791P1,CM65R310XF,AU0561P0,AU0561P1,CMP3007F5,CM3400,AR2421P1,AU0771D3,AR2421P0,APL0501 SERIES,AU0761D1F-T,CM65R310XP,CMP3007F3,AR0521D5,AU0511P0,AU0521M1,AU0591P1A,CM180N10GP,CM3407,AU0971P6,S4MF7.0CA,AST24CL,AU6351P1,CM65R550P,AU0771D1F,CM65R550U,AR0511D3,CM2N7002D,CM10N65TF,SMF15CA,CMBSS138,CM65R030FZ,CM4407,AU1571D3,CM10N65TP,AR0541P1SC,CMN6003GLA,ASM24CH,AU0581D3H,ASD05CL,AR3304P5,ASM24CL,AU4581P6H,CM65R640XP,AU3321P0,SMF7.0CA,AU2461D1F-T,APL0501,AR1521P1,AU3321P1,AR0521P1,CMN3010F3,CM65R640XF,CM1601A,AR0521P0,CM65R180F8,AU4501P4-3,AU4581P6,AU1271D1F,AU4581P1,CM60R030FZ,CM3134AK,AR0502S1A,CM65R175P,AU4571D3,CM1662,AR0541P0SC,AR0506PAL,SRV05-4,ASM24C,APO2003,APC2801A,AR3382P6L,APC2801B,SMF7.0A,CM175N10GLB,ASM12H,CM3400NJ,APO3605 SERIES,AU0561M1,AU2401P4-3F,AU2401P4-3D,APO2003 SERIES,CM1623T,AR3311D3,AU1261D1F-T,CM3134BT,AU0721P1,CMN3006F3,AU0721P0,AR1211D3,AR6061P1,CM15N10U,AU4521P4-3,CMN3003TF5,AR3311P0LV,CM65R400XP,AU2401P4-3,AU4581P1H,S4MF7.0A,ASR05,AU0721PZ,AU3361P0,ASM712H,AR3321P0,AR0511P0LV,AR3321P1,SMDJ50CA,AU0701P4-3F,AR3304P5J,AU0781P1,AR1255P4,CM12N65TP,AR0521P1LV,ASM712,AU3361P1,CM12N65TF

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