卡特蓄电池回顾电池包装的旧貌与新颜

探索熟悉的电池格式，其中一些可追溯至19世纪末。

18世纪和19世纪早期在欧洲开发的电池大多装在玻璃罐中。随着电池体积的增大，玻璃罐逐渐被密封的木箱和复合材料所取代。19世纪90年代，电池制造从欧洲扩展到美国，1896年，国家碳公司成功生产出一种供大众消费的标准电池。这是一种锌碳哥伦比亚干电池，电压为1.5伏，长度为6英寸。

随着便携性的需求，密封圆柱形电池应运而生，并催生了标准尺寸。国际电化学委员会（IEC），一个成立于1906年的非政府标准组织，为大多数可充电电池制定了标准。大约在1917年，美国国家标准与技术研究院正式确立了至今仍在使用的字母命名法。表1总结了这些历史和当前的电池尺寸。 formalized the alphabet nomenclature that is still used today. Table 1 summarizes these historic and current battery sizes.

表1：常见旧电池和新电池规范。

* 21700电池也被称为2170。IEC规范要求在末尾加上第二个零，以表示圆柱形格式。

标准化包括原电池，主要是锌碳电池；碱性电池直到20世纪60年代初才出现。随着20世纪50年代和60年代密封镍镉电池的日益普及，出现了许多新尺寸，其中许多都是从“A”和“C”尺寸衍生而来的。从20世纪90年代开始，锂离子电池制造商开始脱离传统尺寸，制定了自己的标准。

一种成功的标准是18650圆柱形电池。该电池于20世纪90年代初为锂离子电池开发，广泛应用于笔记本电脑、电动自行车甚至电动汽车（特斯拉）。18650中的前两位数字表示直径（毫米），后三位数字表示长度（毫米的十分之一）。因此，18650电池的直径为18毫米，长度为65.0毫米。

其他尺寸也采用类似的编号方案。例如，棱柱形电池的编号为564656P。它的厚度为5.6毫米，宽度为46毫米，长度为56毫米。P代表棱柱形。由于化学成分种类繁多且差异较大，电池单元上通常不标注具体化学成分。

自18650电池约1991年面世后，鲜有广受欢迎的新标准出现。多家电池制造商开始尝试采用略大直径的规格，包括20x70mm、21x70mm和22x70mm。松下与特斯拉选定21x70规格后，三星跟进采用，其他厂商也随之效仿。"2170"电池仅比18650略大，但能量密度（按体积计）提升了35%。特斯拉Model 3已采用这种新型电池，而三星正探索其在笔记本电脑、电动工具、电动自行车等领域的应用前景。据说，从制造可行性来看，最佳直径在18毫米到26毫米之间，而2170就位于这个区间内。（2170也被称为21700。）前面提到的26650从未成为畅销产品。

32650电池主要采用磷酸铁锂（LiFePO4），标称电压为3.2V/节，典型容量为5000mAh。其尺寸为32x65毫米；实际尺寸可能略大，以便容纳绝缘层和标签。

在棱柱形和软包电池领域，新型电池正为电动汽车(EV)和储能系统(ESS)开发。其中一些规格可能终将像18650电池一样普及，既有高能量型也有高功率型版本，由多家制造商供应并以具有竞争力的价格销售。目前棱柱形和软包电池的单位Wh成本仍高于18650型号。

电动汽车与ESS市场发展呈现出两种截然不同的理念：一种是采用自动化工艺生产大量小型电池单元，以实现低成本，这是特斯拉的做法；另一种则是目前每瓦时成本较高的棱柱形和软包大电池，这是其他电动汽车制造商的做法。目前尚无明确的优胜者，时间将给出答案。

看看手机和笔记本电脑里的电池，你会发现它们偏离了既定标准。这在一定程度上是因为制造商无法就标准达成一致，导致大多数消费电子设备都配备了定制的电芯或电池组。紧凑的设计和市场需求促使制造商走自己的路。高产量加上计划性报废，使得消费产品能够生产出独特的尺寸。

在早期，电池在本质上被认为是“大”的，这一点在尺寸命名规则中有所体现。虽然在19世纪末，“F”型电池可能被视为中等尺寸，但我们的先辈们并没有预料到，一种类似信用卡大小的电池竟然能为电脑、手机和相机供电。当字母快要用完时，AA、AAA和AAAA这种略显尴尬的数字命名方式便应运而生。

自1956年9V电池问世以来，电池规格再无革新。与此同时，便携设备的工作电压已降至3V至5V范围。采用六节串联电池(6S)实现9V电压的方案制造成本过高，而3.6V方案更具优势。这种构想中的新型电池组将配备编码系统，既能防止对不可充电池误充电，又能为二次电池选择正确的充电算法。

汽车启动电池同样遵循基于北美BCI、欧洲DIN和日本JIS标准的电池规范。这类电池的外形尺寸相近，便于互换使用。而深循环电池与固定式电池则没有统一标准，替换电池组必须向原厂采购。电动汽车电池的标准化尝试可能难以成功，或将重蹈1990年代笔记本电脑电池标准化失败之覆辙。

未来电池格式

锂离子电池的标准化格式多种多样，尤其是在电动汽车领域。包括弗劳恩霍夫（Fraunhofer）在内的研究团队正在考察和评估各种格式，预计到2025年，最具前景的电池类型将是软包电池和21700圆柱形电池。展望未来，专家预测大尺寸方形锂离子电池将在电动汽车电池市场占据主导地位。与此同时，三星等公司押注方形电池，LG倾向于软包格式，而松下则对18650和21700圆柱形电池最为青睐。

用于储能系统（ESS）、不间断电源（UPS）、船舶和牵引应用的大型电池系统，主要采用大尺寸软包电池，通过轻压堆叠以延长使用寿命并防止分层。热管理通常通过在层间抽取热量至外部的散热板和液体冷却来实现。

可充电电池的安全问题

市面上常见的电池主要为一次性电池，供大众日常使用。典型应用场景包括手电筒备用电源、便携式娱乐设备及遥控器等。当这类碱性电池在牛仔裤口袋中意外与钥匙或币发生短路时，仅会导致电池发热而不会引发燃烧——由于其高内阻特性，短路时电压会骤降；一旦解除短路状态，反应便会终止。（参阅BU-304c：公共场合的电池安全规范)

可充电电池通常被封装在专用电池组内，但电子烟备用电池18650是个例外。这种外形酷似大号AA电池的锂离子电池若处置不当，可能造成严重伤害甚至致命事故。未经保护的锂离子电池短路时会喷射火焰——一旦发生喷射状爆炸，即使解除短路状态也无法中止反应，电池将彻底焚毁。锂离子电池的高功率输出能力是其必须被谨慎对待的特性。（另见BU-304c：公共场合的电池安全规范)

通过内置安全电路（详见BU-304b：确保锂离子电池安全章节），18650电池可变得安全。在保护机制下，过载电流会通过热敏元件临时切断或通过电子保险丝永久关闭电池。但带保险丝的18650电池存在一个缺点：当需要故意使用大电流时（例如电子烟场景），它会自动断电。因此，电子烟备用电池通常不带保护电路。