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圆柱形电池、扣式电池和棱柱形电池利弊分析
??电池进入量产的时代之初，其形状为圆柱形。在1896年，F号大型号电池面世；随后在1898年出现了D型号电池；随着小型号电池需求的出现，在1900年C号电池量产，1907年备受欢迎的AA号电池面世。有关电池型号的内容，我们将在材料人网近期推出的《科普专题：电池标准化规范》中详尽介绍。
圆柱型电池
一直以来，不论是一次电池还是二次电池，圆柱形电池的使用最为广泛。这种形状，易于制造且具有良好的机械稳定性。在内部压力较高时，管状圆筒能够不发生形变。
大多数锂基和镍基的圆柱型电池都有受热膨胀系数（PTC）控制的开关。当通过的电流过大时，平常起到导电作用的聚合物受热而变为电阻性的物质，起到短路保护的作用。一旦短路结束，PTC会冷却下来，并回到原有导通状态。
大多数圆柱形电池还会设有一个压力释放机制。最简单的设计为用膜进行密封，在高压下膜会破裂，当膜破裂后电池可能出现泄漏。更优的设计是：使用弹簧加载的阀，从而使喷口可以重复密封。当压力达到不安全值时，一些锂离子电池会通过电熔丝连接压力释放阀打开电池释放压力。图1示出了圆柱形电池的剖面图。
圆柱形电池的典型应用是电动工具，医疗器械和笔记本电脑等。为了在已定尺寸中得到其他尺寸，制造商对电池长度采取分级，如有二分之一和四分之三的尺寸。
圆筒型的设计使得电池具有良好的循环能力和较长寿命，性价比好，但重量大，封装密度低。
镍镉电池的种类最多，并且一些电池中使用了镍金属氢化物。在图2所示的18650是最流行的电池之一。典型应用为在电动工具，医疗设备，笔记本电脑和电动自行车等。
金属圆筒的尺寸为直径18毫米，长度65毫米。较大的26650电池直径为26毫米。在2013年，全球产出25.5亿支18650电池;每支电池最初的容量为2.2Ah，现在容量多为2.8Ah。到2017年，一些新型的18650电池容量将从3.1Ah增长到3.4Ah。电池制造商正在准备生产容量为3.9Ah的18650电池，目标是做到低成本高容量。
18650是最优化的电池，其提供每瓦电量的耗能最低。在产品向平面设计发展过程中，18650产量最大并且供过于求，电池可能最终会走向扁平的形状。但有专业人士说，18650会将继续引领市场。图3中显示。供过于求的形势已经不复存在，其实这得益于特斯拉电动汽车对需求的强势拉动。
如果不是因为特斯拉的需求，在2011年，18650电池的需求将达到高峰。而如今，消费产品趋向于平面化和大型化，这都将会使18650电池达到饱和。
较大型号的26650电池的直径为26mm比18650电池的18mm更大，因此普及度也并不像18650电池那样。26650电池常用于负荷调平系统中，一些铅酸系统也借鉴圆柱形设计。最有名的就是HawkerCyclon电池，该电池改进了电池的稳定性，放电电流比常规棱柱形电池更高的、热稳定性更好。
由于并排放置时会产生空隙，圆柱型电池的空间利用率并不高。即使如此，18650电池还是比棱柱形的锂离子电池的能量密度更高。容量为3Ah的18650电池可提供248Wh/kg的能量密度，而现用的电池只有143Ah/kg。圆柱型电池的高能量密度可以弥补其非理想堆垛的缺陷。其中空出的空间还可用于冷却，以提高散热效率。
圆柱形的另一个设计优势就是，其安全性更好。此外，圆筒形电池在使用过程中不会变形，但棱柱形电池会有很大变化。5mm的棱柱形电池可以搭配尺寸扩展至8mm的电池使用。尽管圆柱形设计具有明显的优势，但电池形状的走向却是棱柱形电池和专家所预测的平坦式形状。
纽扣电池
纽扣电池，也被称为硬币电池。在20世纪80年代的便携式设备中纽扣电池满足了其紧凑设计的要求。通过堆叠单形成的管状电池实现了较高的电压。无绳电话，医疗设备和在机场使用的安全棒都是使用这些电池。
虽然打造得小巧而且便宜，但堆叠起来的钮扣电池失宠，使得其让位给更加传统的电池形式。钮扣电池的一个缺点是充电太快会导致膨胀。此外它没有安全阀，而且充电时间达到10至16小时。然而，新型设备对快速充电能力早已提出了更高要求。
现在我们看到的用于医疗移植，手表，助听器，车钥匙和备份存储器的钮扣电池是不可充电的。图4展示了钮扣电池和它的横截面。对于钮扣电池来说需要一个警示说明，表明它应置于儿童接触不到的地方，以防止儿童吞咽而造成严重的健康问题。（相关内容可关注材料人网即将推出的科普专题：与电池相关的健康问题。）
钮扣电池，也被称为硬币电池，具有小尺寸和易于堆放的特点，但不允许快速充电。大多数商业纽扣电池是不可充电电池。
棱柱形电池
棱柱形电池于90年代初被引进，现在的棱柱形电池满足了薄的需求。用简洁的包装包裹，类似于一盒口香糖或是一个小巧克力棒。方形电池使用分层的方法使得空间得以充分的利用。还可以设计位缠绕和被压扁成的类方形形状。这些电池主要用于手机，平板电脑和笔记本电脑中，容量范围从800mAh到4,000mAh。没有通用的尺寸，一般都是每个制造商自行设计。
棱柱形电池也有大尺寸产品，包装在铝外壳中，可提供20至30Ah的电量，主要用于混合动力汽车和电动汽车的电动动力系统。图5展示了棱柱形电池。
棱柱形电池能提高空间利用率，设计灵活，但制造起来也更昂贵，散热效率较低，比圆筒形的设计循环寿命更短。
比起圆柱形设计来说，棱柱形电池需要一个稍厚的支撑板来弥补机械稳定性的短板。一般情况下由于气体正常的积聚，故而有些肿胀。如果电池变形太大以致挤压到电池盒则需停止使用电池，膨胀的电池也许会损坏电子设备。
软包电池
1995年，软包电池以其全新的设计震惊了全世界。这种电池不是传统的将金属做成圆筒型的外壳，以玻璃钢为电子通道，而是将金属箔片直接焊接到电极上，并引到完全封闭的电池外部，图6展示了袋状电池的结构。
软包电池是一种结构简单、柔性好、质量轻便的电池。但是在高温高湿度环境下，使用寿命会大大缩短。
软包电池对空间地利用率很高，达到了90-95的包装利用率，是所有电池包装方法中利用率最高的。减少金属外壳的使用可以减少电池的质量，但是电池的内部需要一个支撑用的填充物。这种软包的包装在军用设备，汽车设备中都有应用。软包电池没有标准，各个厂商都有自己的设计标准。
软包电池的包装通常是锂的高聚物，因其可以提供高电流，所以一般作为动力电池。软包电池的容量一般低于圆柱型的锂离子电池，耐久度也稍低。使用过程中其体积会有一些膨胀，500周循环后膨胀8-10非常常见。所以在设计电池时，要预留出其膨胀的体积。最好将软包电池并排平放而不是将其叠着使用。设计时要防止尖角，因为这些尖角会在电池膨胀时，增大对外包装的压力。
软包电池的膨胀的确是个问题，但是电池制造商们却坚称电池在使用过程中没有产生额外的气体。大多数的膨胀可以归因于制造工艺不当。软包电池的用户称，一般一批电池有3会发生膨胀。膨胀产生的压力会破坏电池本身，有时候，甚至会破坏屏幕以及电路板。但是制造商认为那些膨胀了的电池也是安全的。值得注意的是，这种电池不能连续使用，也不能刺穿，或者接近热源，因为溢出的气体都是可燃的。
电池的膨胀一般是由于产生了气体，电池制造商们也对膨胀现象大为不解。5mm的电池可以膨胀到8mm，在用薄膜做包装时，膨胀得更严重。
软包电池生产时，会在旁边附带一个暂时的“气袋”。在初次充电时，气体就溢到气袋中。这个过程过后，就会切除气袋，然后重新封装电池。在接下来的充放电过程中，就不会再产生气体。电池制造工人们大都没有完全理解电池的制造工艺，所以人工因素也可能是胀气的原因。
棱柱状和软包电池有着比圆柱状电池更好的储能能力，但是制造大体积上述电池的工艺还未成熟。棱柱状和软包的电池每千瓦时的制造成本依然高于18650电池。作为对比，装有棱柱状/软包电池的日产聆风的制造成本为$455/kWh，即使是应用得最好的棱柱状/软包电池也高达$350/kWh。使用18650电池且成本最低的是特斯拉电动汽车，其特斯拉GenIII电池的制造成本为$290/kWh。
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