[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對這些技術(shù)細節(jié)感興趣,。但我相信肯定有人會對電池為何非要做成三種形狀存在興趣。同時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。

　　動力電池與儲能電池是目前電池技術(shù)應(yīng)用的兩大場景,，儲能電池對應(yīng)著太陽能等設(shè)備,，動力電池則對應(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只在于形狀上,，但同時它們在技術(shù)開發(fā)和應(yīng)用角度上也有著不同,，那么小小的電池會因為形狀不同而發(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，例如5號,、7號堿性電池都是采用這種形狀設(shè)計,。而在之后的時間里,，由于電池的應(yīng)用場景變多，以三星SDI為首的方形電池和LG華為為首的軟包電池設(shè)計也進入市場,，目前三類技術(shù)也均在新能源汽車產(chǎn)品中進行應(yīng)用,。

　　對于在新能源汽車，三類電池目前市場格局也比較穩(wěn)定,，沒有最好只有更好,，不同國家不同車企對于三類電池技術(shù)的認可度也不同。我在不久前參加了一場軟包電池的技術(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,。

● 變標不變本,，形狀無論如何變也要遵循基本原理

　　因為制造封裝的方式不同，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,，制造方式主要針對的是不同的工況標準，設(shè)備應(yīng)用以及更多樣性的舉一個不是很嚴謹?shù)睦���,，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。

『方形電池鋰離子運動示意』

　　上面兩張圖表達鋰電池本身的工作原理,。簡單來講,，鋰離子在電解液中由負極到正極，完成一次放電,，再由正極回到負極,，完成一次充電。所以三種不同形狀的電池設(shè)計,，都會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,。但目前在制造標準上只有圓柱形電池擁有一致性,，例如我們熟知的圓柱形電池，分為了14650,、18650,、21700等型號，很多人都認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準,。以18650型為例,，其是目前最為成熟的圓柱形電池標準，而21700型正在通過不斷的技術(shù)進步,，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更強一些，可以根據(jù)搭載產(chǎn)品的具體需求而進行定制化的設(shè)計,。所以導(dǎo)致了大小不一,，目前無論制造工藝或者應(yīng)用標準，并沒有圓柱形電池那樣清晰的標準劃分,。但也正因為其靈活性高,，曾經(jīng)長時間的應(yīng)用在早期的新能源汽車中，車企可以根據(jù)車型需求而對方形電池尺寸進行定制化設(shè)計,，而不用受到圓柱形電池標準的限制,。方形電池也曾經(jīng)被認為是最適合新能源汽車應(yīng)用的電池設(shè)計。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

　　軟包電池則因為采用了疊加的制造方式，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)用需求進行定制,，小到我們手機電池的大小,，大到應(yīng)用在新能源汽車上。軟包電池也一直被業(yè)內(nèi)作為移動設(shè)備上的首選,，但在汽車應(yīng)用上,，也因為其體積的可控性同樣被汽車品牌所看重，尤其針對插電式混合動力車,，在兼顧整車布局和重量時,，軟包電池體積優(yōu)勢更加明顯。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·純電補貼后預(yù)售16.6萬】

　　點評：三類電池設(shè)計各自以“換湯不換藥”的方式在市場中分得一席之地,，從設(shè)計的角度上三者沒有絕對的好與壞。但最為成熟的圓柱形電池因為擁有了固定的全球標準,，從制造到應(yīng)用上,，整套流程的嚴謹性會更高,，電池企業(yè)根據(jù)標準造電池，而車企也根據(jù)標準來設(shè)計應(yīng)用,，擁有很強的一致性,。中國在方形電池技術(shù)上曾試圖以歐洲地區(qū)的VDA標準作為模板，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)品安全標準的一致性,。

　　方形以及軟包電池的突出優(yōu)勢就是可定制化,，也因此出現(xiàn)了標準不一、工藝不一,，車企與電池供應(yīng)商必須在設(shè)計與工藝要求上達成嚴格一致,，顯然對雙方都有了更高的研發(fā)成本付出。目前車企對于這三類電池都有自己的喜好和看法,，會選擇自己更認可的類型而進行產(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，不存在對電池形狀的喜好,。下面我們再來聊聊,，在不同形狀下，三種電池設(shè)計在能量密度以及安全性上,，各自又有什么樣的優(yōu)勢呢,？

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● 在追求能量密度和體積重量上,，如何分出勝負

　　三類電池設(shè)計在外形不同的基礎(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)計對單體電池的能量密度,、安全性以及重量造成影響。我們再拿蛋糕來舉個例子,，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,，因工藝標準要求的不同,，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,。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。

　　外殼用料的不同除了直接對單體電池重量有影響以外,，對電池的安全,、發(fā)熱等環(huán)節(jié)來講也有影響，畢竟最終一個個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低一些，而鋁膜外殼最軟最輕,，在單體制造以及封裝成組時,，兼顧到的散熱和碰撞安全也要求更高。而方形電池會根據(jù)對外殼材料選擇的不同,，存在同樣的優(yōu)劣勢,。

　　不要小瞧單體電池重量這件事，這對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)計時限制只能裝載一套300公斤的電池組，顯然單體越輕,，整個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影響整車的前后配重,，但對車輛的離地間隙和車廂內(nèi)的地臺高度都會有影響。而有一些插電式混合動力車,，會把圓柱形電池組放在后備廂下方,，通過與車頭發(fā)動機的重量進行配比，來均衡整車的配重,，但結(jié)果就是后備廂的空間會變的很小,。

　　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,。圓柱形電池雖然重且能量密度低，但在封包時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,，可想而知在封裝成組環(huán)節(jié)上有多復(fù)雜。很多車企會慎重考慮三類電池設(shè)計在封裝環(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。

　　 點評：簡單來講,，如果方形電池也擁有和圓柱型電池一樣的行業(yè)標準,，那么兩者在應(yīng)用上的優(yōu)劣勢基本也在同一水平線上。但軟包電池因為設(shè)計靈活性則更強,，且兼具了重量低,、能量密度高等更明顯的優(yōu)勢,，在未來會成為更多車企首選的電池類型。但反之對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,。所以軟包電池極端的優(yōu)劣勢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驗室,，他們在供應(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選擇哪一類電池類型的關(guān)鍵,。

● 拉近甚至反超,，中國電池企業(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,，美國通用汽車也與LG化學(xué)在軟包電池技術(shù)上達成技術(shù)共識,。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)長時間的被日韓企業(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,，中國電池以及新能源車企與國外相比,，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,、品控以及實際應(yīng)用表現(xiàn)等層面都有更多話語權(quán),，國外車企選擇中國電池企業(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步,。近幾年中,，中國電池企業(yè)也從圓柱、方形電池向軟包電池技術(shù)過渡,，以寧德時代,、力神、國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,，隨著國內(nèi)新能源汽車補貼標準對電池能量密度提出了更高要求，軟包技術(shù)成為了電池實現(xiàn)輕量化和高密度化的重要手段,，今年年初寧德時代,、力神、國軒高科三家承擔(dān)新型鋰離子動力電池項目的企業(yè)，均選擇了軟包電池技術(shù)路線,，單體電芯能量密度均達到300Wh/kg,。但其對高制造工藝的要求，也要求著相關(guān)后市場技術(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)實問題,。首先是鋁塑膜技術(shù)成本高,、國產(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,，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

　　幾年前,，中國新能源汽車的動力電池以磷酸鐵鋰方形電池為主,，因為當時中國企業(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)計新能源車型�,，F(xiàn)在來看，為了更快的拿出成績,，當時電池和汽車企業(yè)將方形電池作為了過渡性技術(shù),，而當前，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成為最終的技術(shù)代表,，圓柱、方形以及軟包電池目前對于市場而言都具有各自的獨特價值,，誰能成為新的趨勢也同樣會受到車型研發(fā)速度的影響,。而對于我們而言，它們各自的優(yōu)勢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,，跑的遠的都是好電池。（文/汽車之家 姚嘉）

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