锂电池定制16年-动力锂电池系统解决方案商

 

锂离子电池是二次电池（可充电电池），依靠锂离子在阴极和阳极之间移动，也被称为 “摇椅电池”。

在充电和放电过程中，锂离子在两个电极之间嵌入和脱嵌。充电时，锂离子从阴极移出并通过电解质嵌入阳极，而电解质处于富锂状态，放电时则相反。

 

1.锂离子电池的不同包装形式： 圆柱形、软包、棱柱形从组件角度看，锂离子电池可分为正极、负极、电解液、隔膜、集液和整体包装材料。包装材料是指将锂离子电池的所有部件包裹在一起的包装。锂离子电池包有不同的形式，圆柱形、软包和棱柱形锂电池被广泛认为是主要类别。

事实上，圆柱形、软包和棱柱形锂电池并没有很大的区别。它们的内部材料成分相似，但包装不同。

 

 

金属外壳材料（钢或铝）是棱柱形锂电池和圆柱形锂电池的主要包装材料。软包电池是使用铝塑膜的三种电池路线之一（比亚迪的刀片电池使用棱形锂电池电芯，但也使用铝塑膜）。与圆柱形和棱柱形锂电池组相比，软包电池是较新的解决方案，技术成熟度较低，研发门槛较高。其核心差异在于成本、交付和技术迭代的空间。

 

2.电池组形式、电池性能和技术之间的关系
由于电池容量衰减与热管理的强关联性，新能源汽车巨头特斯拉开发了世界领先的BMS技术，引领了电动汽车的发展。在特斯拉的电动汽车电池中，有数千个圆柱形的锂离子电池组合在一起，在四轮汽车的底盘上显得特别密集。

 

 

圆柱形锂离子电池组分组后的比能量很低，我们来举个例子。

Model 3的特斯拉电池：棱柱形锂电池LFP版（280.4×82.3×62.8mm），1P106S，包电压341.3V，重量密度125Wh/kg；圆柱形21700锂电池NCM版，46P96S，包电压355.2V，重量密度161Wh/kg；在同一辆功率为80kWh的车上，棱柱形锂电池版为640kg，而圆柱版为497kg，重量差异显著。

所以，圆柱形、软包和棱柱形锂电池的选择显然已经受到了现有锂电池技术的限制，改进幅度有限。而产业链正在尝试新的突破，通过优化电芯尺寸，实现高度、长度、宽度三个方向的延伸，从而大幅提高体积利用率，这是一个大逻辑。

因此，与棱柱形锂电池类型相比，圆柱体显然在成本和工艺上更有突破性的挑战。最主要的挑战是圆柱体扩大后的电极片焊接问题，以及活性物质增加后出现漏液和鼓包的可能性。此外，受力不均增加了内阻，最终增加了电池的不可逆容量，影响了电池的循环寿命。

 

3.棱柱形锂电池与圆柱形和软包电池的比较

棱柱形电池
普遍的共识是，棱柱形锂电池可以根据其携带产品的具体需求进行定制，可塑性更强。这也导致了市场上棱柱形锂电池的包装尺寸各不相同，这给后期处理带来了困难，更不用说制造工艺或应用标准的明确划分。

然而，汽车行业还处在一个新的起点上，电气化带来的是各个汽车品牌之间的横向差异，这就为定制化提供了空间。在不同级别中，如A00、A0、A级车，电芯规格相对统一，体积不会太大，一般在NCM75Ah以内。很多车企也认为，棱柱形电芯具有较高的灵活性，可以根据车型的需要定制棱镜锂电池的尺寸，是最适合新能源汽车应用的电池设计。

 

 

优点：

从其他优点来看，棱柱形锂电池能量密度高，技术成熟，可塑性强，结构强度高，抗机械负荷能力好，电池内阻小，使用寿命长，空间利用率高，成组后能量密度下降小。所以它仍然是动力电池的主流，占总量的82%，主要用于乘用车。

劣势：

此外，棱柱形电池片的缺点也很明显。由于电极长度大，焊接点多，离子传递的热力学和动力学条件差，体积利用率低，棱柱形锂电池的比能量和体积密度存在上限。而采用软包减重、CTP等结构创新，容易造成漏液和不可逆容量，最终使棱柱形锂电池容易失效，并导致锂枝晶堆积，容易起火。

 

圆柱形电池
圆柱形电池具有良好的散热效果和成熟的生产工艺，是目前特斯拉电池所青睐的技术路线。可以说，圆柱形电池是锂电池的最佳实践之一，也是一种标准化的通用产品。

18650 & 21700电池

18650电池是由日本SONY公司于1992年开发的。目前圆柱形电池可分为14650、18650、21700、32650、4680等型号，按电池的大小命名。18650是最成熟的电池，而21700则是近几年来力推的新型特斯拉电池。21700的好处是减少了电池的数量，使电池的布局更加合理，单体圆柱形电池的体积更大，动力更强。这样一来，电池的数量可以大大减少，使得车辆在电池系统布局上更加得心应手，性能也可以进一步提高。

 

 

优点：

因此，圆柱形电池在散热方面有相当大的优势，在包装时电池与电池之间形成了良好的散热空间，所以一些装有圆柱形电池的车辆采用了低成本的空气冷却技术。另外，小圆柱形电池由于活性材料少，时间很短（焊接工艺成熟），所以活性点少，这样一致性比较好，内阻小，可以快速大规模生产。另外，离子迁移距离短，颗粒定向，离子迁移方向性强，使圆柱形电池具有更好的循环性能和倍率性能。

因为活性材料少，极片短（焊接工艺成熟），圆柱形电池的活性点少，所以一致性好，内阻小，可以快速大规模生产。另外，离子迁移距离短，颗粒定向，离子迁移方向性强，使圆柱形电池具有更好的循环性能和倍率性能。

缺点：

当然，圆柱形电池也有其缺点。它不可避免地要面对大量单体电池带来的可靠性控制问题。即使使用21700电池，也要把成千上万的圆柱形电池放在一起形成电池组，这仍然是非常大的。

在电池的形状上，圆柱形电池组大多只能采用矩形矩阵布局，并安装在车辆的底盘上。这种方法比较单一，因为这样可以保证电池不影响车辆的重量，但会影响车辆的离地间隙和车厢内平台的高度。然而，如果在混合动力车型中使用圆柱形电池，它只能放在后备箱下面。虽然重量分布平衡了，但也牺牲了车厢空间，导致乘坐体验不佳。

 

软包电池
目前，市场上有许多棱柱形锂电池产品。虽然它们以棱形锂电池为名，但其内部性质仍然是软包电池（主要目的是减轻重量，提高系统结构的能量密度）。

优点：

软包电池的优点是安全性好，因为塑铝膜的外壳很坚固，当有热反应时，只会膨胀，不易爆炸。

因为采用了层压制造方法，铝塑膜包装比铝壳轻，所以袋装电池的体积更薄，能量密度最高。其容量比同尺寸的钢壳电池高10-15%，比铝壳电池高5-10%。目前，它是欧洲国家的主要技术路线。小软软包电池被认为是解决电池寿命和安全问题的办法，也是向固态电池过渡的桥梁。

 

 

软包电池的形状有更大的想象空间，它不限于矩形。它可以形成一个小的电池组，放在后备箱下面，也可以排列成T字形。因此，在考虑车辆的布局和重量时，软包电池的优势更加明显。但就目前而言，能做层压的厂家非常少。

劣势：

最大的问题是层压工艺使得焊接公差大，不容易做大软包，即使是大软包，那么内阻、压降也是不可避免的。因此，虽然小软包电池是最后的长电池技术，但很多中小电池企业只能做小软包电池。软包电池有一个技术门槛。

另外，在层压技术的控制上也有很大难度。较高的难度对质量控制是一个很大的考验。一旦质量控制出现问题，电池寿命和安全性将直接受到影响。

小软包在技术上有一定难度，其优点和缺点一样明显。为了成本而增加体积，导致一致性差，这几乎是不可能改变的。此外，如果软包电池在传热不足（如绝热或高温）的内部环境中运行，电池的温度会明显上升（温升），导致电池组内部形成热点，最终可能导致热失控。因此，软包电池需要一个更复杂的电池控制系统，这的确是一项技术工作。

软包电池的外观与其他两种电池的外观是一样的。事实上，硬壳的内部是一叠软包电池，它们是垂直堆叠的，当然，软包电池制造商并不是简单地把它们放在一起。每对电池之间都插入了一层冷却剂。冷却剂是通过注水口（热成型）注入的，冷却剂上的管道被填满，循环起来，带走热量。此外，冷却剂可以通过线圈加热，以温暖电池，确保电池在最佳温度下运行，即使在极度寒冷的情况下。

软包电池的另一个问题是使用铝膜（包括PET膜和胶水）。目前，铝塑膜技术的成本很高，需要很高的技术水平。

 

软包电池在汽车制造商中的应用

由于能量密度较高、安全性好、内阻小、设计更灵活，软包锂电池在乘用车领域的应用优势广泛，在全球汽车行业得到广泛应用。

根据电动车销售数据显示，2020年欧洲前20名新能源乘用车中，有15款配备了软包动力电池，占市场的75%。采用小软包电池的车型非常多，据不完全统计，采用小软包电池的车型有30多个。

 

4.动力电池的特殊性
锂离子电池，特别是车用锂离子电池，面临着非常复杂的过程。因此，从电芯产品开发到最后的包装交付，都要遵循电芯设计–样品A–样品B–样品C（D）–SOP的严格流程，并经过穿刺、振动、过充电、外部短路、加热、热板等试验，以及绝缘和高压（2700V）试验。因此，钢瓶、小袋和棱形锂电池在装车前都要经过这些标准。

此外，电池组交到汽车公司后，汽车公司将终端产品卖给客户，然后面临巨大的难以想象的工作环境。在改用电池的车型初期，由于底盘较低，很容易造成刮擦、碰撞和不规范行驶。

油车的驾驶习惯显然无法应对电动车的 “娇气”。因此，往往在宏观上导致物理变化，进而在微观上导致化学变化，最后导致能量的失控（热力学和动力学条件的恶化）。

 

5.主流动力电池厂家的电池包形式：相对分散
从电池厂供应的角度看，2020年排名前十的动力电池企业，如LG化学、SKI、远景AESC等都是以软包电池为主。

其他主流供应商的重点布局仍是在圆柱和棱柱形锂电池领域（棱柱形锂电池包括：宁德时代、比亚迪、三星SDI；圆柱形电池包括： 松下），主流电池供应商的解决方案相对分散。

主流电池厂商的封装方案：

 

数据显示，随着全球电动化趋势的加快，在欧洲销售的前20款车型中，有15款采用了软包锂电池，大众、戴姆勒、奔驰、现代等国际车企都将软包电池作为主流技术路线。

从中短期来看，软包电池在动力电池领域的市场份额主要由欧美国家的新能源汽车销售带动。

随着各大汽车公司（尤其是欧洲汽车公司）对软包电池解决方案的应用越来越广泛，中国厂商也开始布局软包电池解决方案。孚能科技、捷成动力和远景AESC都有积极的计划来扩大软包电池的生产。专注于棱柱形锂电池解决方案的宁德时代也开始扩大软包电池的生产。

 

6.圆柱形、软包、棱柱形锂电池，谁是最佳选择？

● “对不起，我要的是标准化、通用化，我可以把硬式和软包结合起来。”–圆柱形电池说

●”进入市场，迟早要面对各种情况，我是塑料的”–棱柱形锂电池说。

●”技术永远是王道，你无法改变电池寿命和安全的痛点”–小软包电池说

从结构上看，棱柱形锂电池在中国占有绝对优势，软包和圆柱形电池的市场份额很小，比例维持在10%左右。而且棱柱形锂电池的组别也很稳定，能量密度高。它被广泛应用于电动汽车、储能（电网储能和基站储能）等领域。

圆柱形电池具有高倍率和高产量，常用于电动移动电源、充电宝、电动工具、移动车辆、轻型车辆、便携式储能等领域。软包电池具有高弹性和高能量密度，可应用于家用储能、手机、电动两轮车、笔记本电脑等。

在基础材料水平相同的情况下，不存在单一的制造能力（工程能力）和技术水平（包括集成能力），我们只需要满足需求，不断去进步。圆柱形、软包和棱柱形锂电池各有优势，但车企不能只依赖一种技术路线。所以，真正决定电池技术未来的是对技术的需求和对产品的掌握之间的妥协，而这需要很长一段时间。

其实，在目前的市场上，圆柱形、软包和棱柱形三种电池都被厂家采用，各占一席之地。

 

 

圆柱形电池发展时间长，所以在一致性上有很大优势（活性材料少，工艺成熟），而且其制造工艺比较成熟，规模化后成本低。然而，圆柱形电池在电池布局和能量密度方面还有进一步的可能性。在棱柱形锂电池或软包电池方面，虽然它们在标准化和通用性方面难以与圆柱形电池相提并论，但其定制化的优势使其与电动汽车更加兼容。特别是随着越来越多的纯平平台车型，底盘技术越来越成熟，它们可以满足不同厂家和不同车型的定制需求。

尤其是棱柱形锂电池和小软包电池，具有目前层压工艺和大容量电池的性能和成本优势。因此，从单一技术入手，比如宁德时代从棱柱形锂电池路线入手，最后多元化布局圆柱和软包锂电池。电池行业将随着需求的变化而发展，甚至成为重要的战略资源。电池价值链上有很多想象空间，当然这也是相对的。