[汽車之家 技術(shù)]  這本來是一篇很乏味的技術(shù)科普文章，我們也思考過大家是否會(huì)對(duì)這些技術(shù)細(xì)節(jié)感興趣。但我相信肯定有人會(huì)對(duì)電池為何非要做成三種形狀存在興趣。同時(shí)未來在新能源汽車的技術(shù)發(fā)展上，如何能從電池上找到突破口，在這期內(nèi)容中你都能找到答案。

　　動(dòng)力電池與儲(chǔ)能電池是目前電池技術(shù)應(yīng)用的兩大場(chǎng)景，儲(chǔ)能電池對(duì)應(yīng)著太陽能等設(shè)備，動(dòng)力電池則對(duì)應(yīng)著新能源汽車。而曾經(jīng)以日韓企業(yè)為首的電池技術(shù)企業(yè)，很早以前就將動(dòng)力電池的封裝種類歸為了三大形式：圓柱形、方形以及軟包，直觀上它們的不同點(diǎn)只在于形狀上，但同時(shí)它們?cè)诩夹g(shù)開發(fā)和應(yīng)用角度上也有著不同，那么小小的電池會(huì)因?yàn)樾螤畈煌�而發(fā)生怎樣的區(qū)別？這就是我們本期的主要內(nèi)容。

　　日本SONY公司在1992年發(fā)明了18650鋰電池，其也成為目前最常見的圓柱形電池設(shè)計(jì)，例如5號(hào)、7號(hào)堿性電池都是采用這種形狀設(shè)計(jì)。而在之后的時(shí)間里，由于電池的應(yīng)用場(chǎng)景變多，以三星SDI為首的方形電池和LG華為為首的軟包電池設(shè)計(jì)也進(jìn)入市場(chǎng)，目前三類技術(shù)也均在新能源汽車產(chǎn)品中進(jìn)行應(yīng)用。

　　對(duì)于在新能源汽車，三類電池目前市場(chǎng)格局也比較穩(wěn)定，沒有最好只有更好，不同國(guó)家不同車企對(duì)于三類電池技術(shù)的認(rèn)可度也不同。我在不久前參加了一場(chǎng)軟包電池的技術(shù)培訓(xùn)，所以也想在今天的內(nèi)容中和大家聊聊，反饋到我們實(shí)際應(yīng)用層面，這三類不同形狀的電池到底有何區(qū)別。

● 變標(biāo)不變本，形狀無論如何變也要遵循基本原理

　　因?yàn)橹圃旆庋b的方式不同，三類電池在形狀上有明顯的區(qū)別。但與電池本身的工作原理不存在影響，制造方式主要針對(duì)的是不同的工況標(biāo)準(zhǔn)，設(shè)備應(yīng)用以及更多樣性的舉一個(gè)不是很嚴(yán)謹(jǐn)?shù)睦�子，就像是蛋糕被做成了不同的形狀，但原料烘焙發(fā)酵的原理都是一樣的。

『方形電池鋰離子運(yùn)動(dòng)示意』

　　上面兩張圖表達(dá)鋰電池本身的工作原理。簡(jiǎn)單來講，鋰離子在電解液中由負(fù)極到正極，完成一次放電，再由正極回到負(fù)極，完成一次充電。所以三種不同形狀的電池設(shè)計(jì)，都會(huì)遵守電池本身的技術(shù)原理，但由于形狀的不同，在制造成型上分成了卷繞和疊加兩種不同的工藝。

◆ 圓柱形電池

　　所有三種形狀的電池將通過圓柱卷繞、方形卷繞以及方形疊加最終變成了圓柱、方形以及軟包電池。但目前在制造標(biāo)準(zhǔn)上只有圓柱形電池?fù)碛幸恢滦�，例如我們熟知的圓柱形電池，分為了14650、18650、21700等型號(hào)，很多人都認(rèn)為這是一種電池類型，但其只是代表了圓柱形電池的尺寸標(biāo)準(zhǔn)。以18650型為例，其是目前最為成熟的圓柱形電池標(biāo)準(zhǔn)，而21700型正在通過不斷的技術(shù)進(jìn)步，有可能在接下來取代18650型成新能源汽車的首選圓柱形電池產(chǎn)品。

◆ 方形電池

　　而方形電池的可塑性會(huì)更強(qiáng)一些，可以根據(jù)搭載產(chǎn)品的具體需求而進(jìn)行定制化的設(shè)計(jì)。所以導(dǎo)致了大小不一，目前無論制造工藝或者應(yīng)用標(biāo)準(zhǔn)，并沒有圓柱形電池那樣清晰的標(biāo)準(zhǔn)劃分。但也正因?yàn)槠潇`活性高，曾經(jīng)長(zhǎng)時(shí)間的應(yīng)用在早期的新能源汽車中，車企可以根據(jù)車型需求而對(duì)方形電池尺寸進(jìn)行定制化設(shè)計(jì)，而不用受到圓柱形電池標(biāo)準(zhǔn)的限制。方形電池也曾經(jīng)被認(rèn)為是最適合新能源汽車應(yīng)用的電池設(shè)計(jì)。目前方形電池在很多車型上都采用了，比如寶馬的i系列車型，榮威ERX5，蔚來的ES8以及未來將上市的車和家的增程式SUV。

〖左為榮威ERX5 右為蔚來ES8〗

〖右側(cè)偽裝車為車和家將上市的SUV〗

◆ 方軟包電池

　　軟包電池則因?yàn)椴捎昧睡B加的制造方式，所以追求的是更加纖薄的體積，在同容量密度下重量也是最輕的。同樣，軟包電池也可以根據(jù)應(yīng)用需求進(jìn)行定制，小到我們手機(jī)電池的大小，大到應(yīng)用在新能源汽車上。軟包電池也一直被業(yè)內(nèi)作為移動(dòng)設(shè)備上的首選，但在汽車應(yīng)用上，也因?yàn)槠潴w積的可控性同樣被汽車品牌所看重，尤其針對(duì)插電式混合動(dòng)力車，在兼顧整車布局和重量時(shí)，軟包電池體積優(yōu)勢(shì)更加明顯。目前通用旗下別克的VELITE 5/VELITE 5、凱迪拉克CT6插電、XT5混動(dòng)版車型、日產(chǎn)的軒逸純電都采用的是軟包電池。

【軒逸·純電補(bǔ)貼后預(yù)售16.6萬】

　　點(diǎn)評(píng)：三類電池設(shè)計(jì)各自以“換湯不換藥”的方式在市場(chǎng)中分得一席之地，從設(shè)計(jì)的角度上三者沒有絕對(duì)的好與壞。但最為成熟的圓柱形電池因?yàn)閾碛辛斯潭ǖ娜�球�?biāo)準(zhǔn)，從制造到應(yīng)用上，整套流程的嚴(yán)謹(jǐn)性會(huì)更高，電池企業(yè)根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)造電池，而車企也根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)來設(shè)計(jì)應(yīng)用，擁有很強(qiáng)的一致性。中國(guó)在方形電池技術(shù)上曾試圖以歐洲地區(qū)的VDA標(biāo)準(zhǔn)作為模板，但引用的企業(yè)并不多，最早選擇使用方形電池的車企，也在逐漸更換為圓柱形電池，就是為了確保產(chǎn)品安全標(biāo)準(zhǔn)的一致性。

　　方形以及軟包電池的突出優(yōu)勢(shì)就是可定制化，也因此出現(xiàn)了標(biāo)準(zhǔn)不一、工藝不一，車企與電池供應(yīng)商必須在設(shè)計(jì)與工藝要求上達(dá)成嚴(yán)格一致，顯然對(duì)雙方都有了更高的研發(fā)成本付出。目前車企對(duì)于這三類電池都有自己的喜好和看法，會(huì)選擇自己更認(rèn)可的類型而進(jìn)行產(chǎn)品研發(fā)，畢竟用戶關(guān)心的是車輛續(xù)航表現(xiàn)以及更好的配重與布局，不存在對(duì)電池形狀的喜好。下面我們?cè)賮砹牧�，在不同形狀下，三種電池設(shè)計(jì)在能量密度以及安全性上，各自又有什么樣的優(yōu)勢(shì)呢？

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● 在追求能量密度和體積重量上，如何分出勝負(fù)

　　三類電池設(shè)計(jì)在外形不同的基礎(chǔ)上，也擁有了各自的特性，三者能夠通過外殼用料以及內(nèi)部設(shè)計(jì)對(duì)單體電池的能量密度、安全性以及重量造成影響。我們?cè)倌玫案鈦砼e個(gè)例子，餡料代表了單體電池的能量密度，而面粉代表了外殼包裝材料選擇。

　　不銹鋼外殼曾經(jīng)一直是圓柱形和方形電池的主要包裝材料，因工藝標(biāo)準(zhǔn)要求的不同，更輕的鋁制外殼在方形電池上快速推廣，也在重量上形成了優(yōu)勢(shì)。而軟包電池且因追求更加纖薄的工藝，采用了比鋁外殼重量更輕的鋁塑膜包裝，其纖薄的程度你甚至可以用手感覺到內(nèi)部液態(tài)電池的流動(dòng)。

　　外殼用料的不同除了直接對(duì)單體電池重量有影響以外，對(duì)電池的安全、發(fā)熱等環(huán)節(jié)來講也有影響，畢竟最終一個(gè)個(gè)的單體電池要封裝成組后放到車內(nèi)。鋼殼最硬也最重，它需要兼顧到安全工藝難度也相對(duì)低一些，而鋁膜外殼最軟最輕，在單體制造以及封裝成組時(shí)，兼顧到的散熱和碰撞安全也要求更高。而方形電池會(huì)根據(jù)對(duì)外殼材料選擇的不同，存在同樣的優(yōu)劣勢(shì)。

　　不要小瞧單體電池重量這件事，這對(duì)于最終封包成組放到車內(nèi)將有多層面的影響。更輕的電池組能讓整體車重更低，從而也為車企提供了更多的布局方法。隨著技術(shù)的進(jìn)步，越輕的單體電池在兼顧能量密度上的空間也越大。例如車輛在設(shè)計(jì)時(shí)限制只能裝載一套300公斤的電池組，顯然單體越輕，整個(gè)電池組的能量也就越高。

　　而使用鋼殼的圓柱以及方形電池，在安裝到車身上時(shí)控制配重的方案就比較單一。例如目前主流采用圓柱形電池組的新能源車，電池組的布局都在車身的正下方，這樣才能保證即便重一些也不會(huì)影響整車的前后配重，但對(duì)車輛的離地間隙和車廂內(nèi)的地臺(tái)高度都會(huì)有影響。而有一些插電式混合動(dòng)力車，會(huì)把圓柱形電池組放在后備廂下方，通過與車頭發(fā)動(dòng)機(jī)的重量進(jìn)行配比，來均衡整車的配重，但結(jié)果就是后備廂的空間會(huì)變的很小。

　　電池形狀不同，在封裝成組的安全性和散熱等問題上，三類電池也出現(xiàn)了不同的優(yōu)劣勢(shì)。圓柱形電池雖然重且能量密度低，但在封包時(shí)圓柱與圓柱之間形成了很好的散熱空間，而方形則不同，如果不留縫隙緊緊的排列在一起，除了散熱是問題之外，單體與單體之間的安全性也難以保障。而軟包電池在封裝上會(huì)更加復(fù)雜，要安全、要保證散熱，還要不損失軟包本身纖薄體積的優(yōu)勢(shì)，可想而知在封裝成組環(huán)節(jié)上有多復(fù)雜。很多車企會(huì)慎重考慮三類電池設(shè)計(jì)在封裝環(huán)節(jié)的成本投入，目前來講，依靠工藝難度和成本更低的圓柱形電池是現(xiàn)階段的好選擇。

　　 點(diǎn)評(píng)：簡(jiǎn)單來講，如果方形電池也擁有和圓柱型電池一樣的行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，那么兩者在應(yīng)用上的優(yōu)劣勢(shì)基本也在同一水平線上。但軟包電池因?yàn)樵O(shè)計(jì)靈活性則更強(qiáng)，且兼具了重量低、能量密度高等更明顯的優(yōu)勢(shì)，在未來會(huì)成為更多車企首選的電池類型。但反之對(duì)于制造工藝的要求也要明顯高于前兩者，生產(chǎn)、封裝中額外的成本和技術(shù)要求，都變相加大了新能源汽車的終端售價(jià)。所以軟包電池極端的優(yōu)劣勢(shì)也讓一些車企望而卻步，目前采用軟包電池的新能源車型比例也是最少的。說白了，在成本面前，更多企業(yè)還是選擇了向其它兩者妥協(xié)。

　　另外，單體電池類型只是車企在選擇研發(fā)方向的角度之一，封裝技術(shù)也是尤為關(guān)鍵的環(huán)節(jié)。目前一線的新能源車企都擁有自己的電池實(shí)驗(yàn)室，他們?cè)诠��?yīng)商提供的電池原型基礎(chǔ)上做二次研發(fā)，最后再把研究方案反推給供應(yīng)商，兩者一起敲定所需的電池方案。然后再由自己或者供應(yīng)商完成封裝的工作，最后一步經(jīng)過縝密的配重布局完成裝車。過程中所有環(huán)節(jié)都存在利弊權(quán)衡，也是反推回車企到底會(huì)選擇哪一類電池類型的關(guān)鍵。

● 拉近甚至反超，中國(guó)電池企業(yè)與車企的合作共贏

　　從單體電池到車輛應(yīng)用，車企與電池企業(yè)之間有著密切的合作關(guān)系。例如圓柱形電池的應(yīng)用上，松下與特斯拉保持了多年的技術(shù)同盟，美國(guó)通用汽車也與LG化學(xué)在軟包電池技術(shù)上達(dá)成技術(shù)共識(shí)。在此之前，三星SDI也與寶馬在方形電池上也有大量的技術(shù)合作。

　　電池供應(yīng)商來決定了可靠的電池基礎(chǔ)工藝，車企的二次研發(fā)決定了電池應(yīng)用到車輛上最終續(xù)航、配重以及安全這三大主要問題上的表現(xiàn)。三類電池的核心技術(shù)曾經(jīng)長(zhǎng)時(shí)間的被日韓企業(yè)所掌握，也成為了之前新能源車企首選的電池供應(yīng)商。而近兩年，中國(guó)電池以及新能源車企與國(guó)外相比，不但在電池技術(shù)與應(yīng)用層面有了大幅度的拉近，且在產(chǎn)能、品控以及實(shí)際應(yīng)用表現(xiàn)等層面都有更多話語權(quán)，國(guó)外車企選擇中國(guó)電池企業(yè)作為首選供應(yīng)商已經(jīng)成為常態(tài)。

　　到2018年，中國(guó)電池企業(yè)已經(jīng)具備了圓柱、方形以及軟包電池制造的全面技術(shù)能力，并且在三類電池的單體能量密度上也有十足進(jìn)步。近幾年中，中國(guó)電池企業(yè)也從圓柱、方形電池向軟包電池技術(shù)過渡，以寧德時(shí)代、力神、國(guó)軒高科為首的幾家企業(yè)正在選擇采用軟包電池技術(shù)路線。

　　同時(shí)，隨著國(guó)內(nèi)新能源汽車補(bǔ)貼標(biāo)準(zhǔn)對(duì)電池能量密度提出了更高要求，軟包技術(shù)成為了電池實(shí)現(xiàn)輕量化和高密度化的重要手段，今年年初寧德時(shí)代、力神、國(guó)軒高科三家承擔(dān)新型鋰離子動(dòng)力電池項(xiàng)目的企業(yè)，均選擇了軟包電池技術(shù)路線，單體電芯能量密度均達(dá)到300Wh/kg。但其對(duì)高制造工藝的要求，也要求著相關(guān)后市場(chǎng)技術(shù)的提高，例如外包裝鋁塑膜的工藝和產(chǎn)能，高精密度的疊片、電解液注射和封裝設(shè)備技術(shù)。

　　但在通往軟包電池的技術(shù)之路上，仍有很多現(xiàn)實(shí)問題。首先是鋁塑膜技術(shù)成本高、國(guó)產(chǎn)技術(shù)水平有限，尤其是在疊片技術(shù)工藝上的把控，要求要比卷繞要求更高，品控問題會(huì)直接影響電池壽命以及安全問題。想保持產(chǎn)能和品控的同步增長(zhǎng)，電池企業(yè)與車企間的同心協(xié)力更為關(guān)鍵。

總結(jié)：在新能源爆發(fā)前，都有可能成為趨勢(shì)

　　幾年前，中國(guó)新能源汽車的動(dòng)力電池以磷酸鐵鋰方形電池為主，因?yàn)楫?dāng)時(shí)中國(guó)企業(yè)自有的圓柱型電池技術(shù)以及成本控制能力相比海外并不突出。而在車企角度，可定制化的方形電池更利于快速研發(fā)和設(shè)計(jì)新能源車型�，F(xiàn)在來看，為了更快的拿出成績(jī)，當(dāng)時(shí)電池和汽車企業(yè)將方形電池作為了過渡性技術(shù)，而當(dāng)前，圓柱形三元鋰電池已經(jīng)成為了新的主流。

　　但這并不代表誰將會(huì)成為最終的技術(shù)代表，圓柱、方形以及軟包電池目前對(duì)于市場(chǎng)而言都具有各自的獨(dú)特價(jià)值，誰能成為新的趨勢(shì)也同樣會(huì)受到車型研發(fā)速度的影響。而對(duì)于我們而言，它們各自的優(yōu)勢(shì)能否被車企最終在產(chǎn)品力上最大化的展現(xiàn)出來，才是真正值得我們關(guān)心的問題。白貓黑貓，能抓老鼠的都是好貓，軟包圓柱，跑的遠(yuǎn)的都是好電池。（文/汽車之家 姚嘉）

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