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。

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。

来源：QYResearch

图1全球锂离子电池电动工具市场规模

二、电动工具用锂离子电池的技术特点

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、电动工具用高倍率锂离子电池解决方案

为了满足电动工具高功率工作、使用寿命长的特点，我们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)主要由锂离子电池、电子件及结构件组成，而锂离子电池目前主要有圆柱电池和软包聚合物电池两类，其中主流仍是圆柱电池。

1. 圆柱电池包解决方案及特点

在电芯选型时需考虑：

(1) 电动工具正常使用时电机高功率工作，使用过程中还可能碰到如堵钻、卡钻等异常情况，此时电池输出电流陡升，所以电动工具用锂离子电池与常规电池要求不同，除了可持续高倍率放电外，还必须具有更高倍率的脉冲放电能力。电芯容量范围一般为2Ah~3Ah，同时电芯需具有10C以上的高倍率放电特性。

(2) 电池循环寿命方面，通常要求单体电池具有1C充电，10C放电循环500次，容量保持率在80%以上。

在电子件选型及结构件设计时需考虑：

电动工具的趋势是结构简单、体积小、重量轻，因此要求电池包设计的越来越小，这样可能会导致电池的续航时间不足，其中一个解决方案是将电动工具电池做可拆卸设计，消费者使用电动工具时搭配备用电池来增加续航。另外，由于电动工具工作的高频振动环境，电子件及结构件都要进行抗疲劳性及韧性设计。

2. 软包聚合物电池包解决方案

相对于圆柱电池，软包电池因具有重量轻、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。

2.1电芯结构

豪鹏科技在电芯结构上采用了多极耳卷绕，该工艺是在集流体边缘切割出固定的极耳形状，卷绕完成之后再将集流体焊接引出，形成多极耳电池。相对于圆柱电池，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高端旗舰手机、无人机等领域。

特征对比	圆柱电池	软包电池
卷芯结构

2.2 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卷绕工艺外，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。

图2 多晶高镍与单晶高镍表面形貌

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，豪鹏科技在多极耳卷绕结构基础上，选用动力学性能更优的化学体系，使电芯支持3C持续快充，14C持续快放，并且循环寿命达1000次以上。

对于现有圆柱电池包使用软包电池进行同尺寸替换，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。

四、电动工具用锂离子电池的未来

在电动工具普及过程中，越来越多的家庭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。

根据高工产研锂电研究所(GGII)数据，2015年国内电动工具产量2.5亿台，2019年上升至2.6亿台，呈稳步增长态势，但截至2019年底电动工具锂电化水平只达到23%，相比电动工具市场总规模仍有很大的替代空间。随着电动工具锂离子电池的加速普及，GGII预测，2023年国内电动工具锂电化率从2019年的23%上升至55%，产量将达到1.51亿台，由此催生锂离子电池需求规模达到7.5GWh。

当前电动工具以圆柱电池为主，基本可满足高倍率放电及循环寿命要求，因软包电池重量更轻、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。