電動(dòng)工具電池為什么要從圓柱鋰電池轉換高倍率軟包鋰聚合物電池?

　　隨著(zhù)技術(shù)的不斷進(jìn)步，電動(dòng)工具逐漸成為人們日常生活和工作中必不可少的一部分。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(diǎn)，因此，鋰離子電池已經(jīng)廣泛應用于電動(dòng)工具等領(lǐng)域，但隨著(zhù)市場(chǎng)的發(fā)展，電動(dòng)工具市場(chǎng)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(dòng)工具電池為什么要從圓柱鋰電池轉換高倍率軟包鋰聚合物電池呢?

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

　　一、市場(chǎng)現狀

　　根據市場(chǎng)研究機構QYResearch的數據，全球鋰離子電池電動(dòng)工具市場(chǎng)預計將從2022年的123.6億美元增長(cháng)到2029年的215.6億美元，年復合年增長(cháng)率為8.06%。市場(chǎng)方面，目前北美地區占主導，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%。預計未來(lái)幾年，東南亞地區增長(cháng)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%，預計中國地區2029年份額將達到66.16%。

　　電動(dòng)工具逐步從有線(xiàn)轉向無(wú)線(xiàn)。當前雖然有線(xiàn)工具仍然擁有可觀(guān)的銷(xiāo)量，但向無(wú)線(xiàn)化轉變的趨勢不可逆轉。

　　二、電動(dòng)工具為什么要用鋰離子電池?

　　1895年，第一臺現代電動(dòng)工具誕生。直到20世紀60年代，隨著(zhù)電池制造技術(shù)的發(fā)展，出現了用鎳鎘電池作為電源的無(wú)繩電動(dòng)工具。到70年代中后期，因電池價(jià)格降低，充電時(shí)間也縮短，這種電動(dòng)工具在歐美、日本得到廣泛使用。隨著(zhù)90年代二次鋰離子電池開(kāi)始商業(yè)化，電動(dòng)工具逐漸采用更高能量密度的鋰離子電池。當前仍以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(dòng)工具的普及過(guò)程中，越來(lái)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(dòng)工具逐漸成為了未來(lái)產(chǎn)品的發(fā)展趨勢之一。隨著(zhù)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?jì)浯?、重量輕的特點(diǎn)進(jìn)一步順應了小型化的發(fā)展趨勢。

　　2、高倍率放電

　　為了配合電動(dòng)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)異的續航能力和循環(huán)壽命。

　　3、長(cháng)壽命

　　長(cháng)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(mǎn)充滿(mǎn)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(shí)間內為電動(dòng)工具補充續航，通常80%電量可以在60分鐘內完成。

　　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(cháng)的循環(huán)壽命、無(wú)記憶效應等優(yōu)點(diǎn)，并且沒(méi)有汞、鎘等有害物質(zhì)，因此得到了廣泛的開(kāi)發(fā)和應用。

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

　　電動(dòng)工具電池從圓柱鋰電池轉換高倍率軟包鋰聚合物電池的原因可以從以下幾個(gè)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定工作，提供更大的瞬時(shí)功率。這對于電動(dòng)工具而言，意味著(zhù)更高的輸出效率和更強的性能表現。在追求高速、高效、高負荷工作的現代電動(dòng)工具市場(chǎng)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(dòng)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(dòng)工具實(shí)現輕便、便攜的設計，滿(mǎn)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(zhù)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(cháng)的使用時(shí)間。對于電動(dòng)工具而言，高能量密度電池可以提高工具的續航能力，滿(mǎn)足用戶(hù)對長(cháng)時(shí)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(cháng)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到數百次充放電循環(huán)，遠高于圓柱鋰電池。長(cháng)循環(huán)壽命可以降低電池的報廢率，減少資源浪費，同時(shí)降低用戶(hù)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，提高了電池的熱穩定性和化學(xué)穩定性。相較于圓柱鋰電池，高倍率軟包鋰聚合物電池的內短路風(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(zhù)電動(dòng)工具市場(chǎng)的細分，不同類(lèi)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，可以根據產(chǎn)品特點(diǎn)和用戶(hù)需求，設計不同形狀、容量、電壓和性能的電池。這為電動(dòng)工具廠(chǎng)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(dòng)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(mǎn)足綠色發(fā)展的需求。

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

　　四、電動(dòng)工具用高倍率軟包鋰聚合物電池解決方案

　　為了滿(mǎn)足電動(dòng)工具高功率工作、使用壽命長(cháng)的特點(diǎn)，我司在產(chǎn)品設計方面包括電芯開(kāi)發(fā)、電子器件選型及結構件設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(cháng)，電子方案及結構件安全可靠。

　　電動(dòng)工具用電池包(Pack)主要由鋰聚合物電池、電子件及結構件組成，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(lèi)，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(cháng)、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(mǎn)足電動(dòng)工具的高倍率放電需求，可從電芯結構及化學(xué)體系設計上去考慮，降低電池內阻，減小充放電極化，達到提升倍率性能的目的。

　　1.1：電芯結構

　　格瑞普電池在電芯結構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(shí)，在倍率性上，疊片結構電池相比卷繞工藝的普通結構、極耳中臵結構、多極耳結構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構由于極耳數量更多且分布均勻，可大幅降低電池內阻，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(zhù)延長(cháng)電池循環(huán)壽命。多極耳結構電池已經(jīng)應用在無(wú)人機、模型、應急啟動(dòng)電源、UPS等領(lǐng)域。

　　1.2：化學(xué)體系設計

　　為了滿(mǎn)足電動(dòng)工具高倍率放電的特點(diǎn)，需要盡可能地降低電池內阻，減小電池充放電時(shí)的極化，除了電池結構采用多極耳疊片工藝外，在材料體系設計上也要作相應地考慮。

　　首先，正極一般會(huì )采用單晶高鎳材料，單晶材料不易開(kāi)裂，穩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聚體技術(shù)容易導致二次球開(kāi)裂、破碎引發(fā)的電池電化學(xué)環(huán)境劇烈變化，導致電池循環(huán)壽命縮短、性能惡化等問(wèn)題，在產(chǎn)品高溫循環(huán)穩定性、結構穩定性、安全性能等方面具有顯著(zhù)優(yōu)勢。

　　其次，負極一般選取倍率型石墨材料，滿(mǎn)足快充快放時(shí)嵌脫鋰的要求，對能量密度要求高的產(chǎn)品也可采用摻硅負極。對于電解液，需要選取產(chǎn)氣少、動(dòng)力學(xué)性能優(yōu)的溶劑體系，并且在添加劑的開(kāi)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(guò)渡金屬元素的溶出，還要確保在負極的成膜穩定性及安全性。對于隔膜，需要采用高孔隙低透氣度的產(chǎn)品，滿(mǎn)足鋰離子的快速遷移。對于極耳及集流體，在滿(mǎn)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構基礎上，選用動(dòng)力學(xué)性能更優(yōu)的化學(xué)體系，使電芯支持5C持續快充，5C~50C的持續快放，并且循環(huán)壽命達800次以上。

　　對于現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(cháng)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(dòng)工具用高倍率軟包鋰聚合物電池的發(fā)展趨勢

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

　　而當前電動(dòng)工具由于圓柱電池重量較重，不滿(mǎn)足小而輕型化的特點(diǎn)，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(cháng)的優(yōu)勢，在電動(dòng)工具高端領(lǐng)域具有廣闊前景。

　　總之，電動(dòng)工具電池從圓柱鋰電池轉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(shí)，高倍率軟包鋰聚合物電池在定制化需求、國內產(chǎn)業(yè)鏈成熟等方面也具有優(yōu)勢。隨著(zhù)鋰聚合物電池技術(shù)的不斷進(jìn)步和市場(chǎng)需求的日益增長(cháng)，高倍率軟包鋰聚合物電池將在電動(dòng)工具領(lǐng)域發(fā)揮越來(lái)越重要的作用。