形状变，内在基本原理不变 本来这是一篇很无聊的技术文章，我们也想过你会不会对这些技术细节感兴趣。但是我相信有人会对为什么电池必须做成三种形状感兴趣。同时，在未来新能源汽车的技术发展中，如何从电池中找到突破口，可以在这个问题中找到答案。
动力电池和储能电池是目前电池技术应用的两大场景。储能电池对应太阳能等设备，动力电池对应新能源汽车。曾经以日韩公司为首的电池科技公司，很久以前就将动力电池的包装类型分为三大类:圆柱形、方形和软包。直观来看，它们的差异只是形态上的，但同时在技术发展和应用方面也有所不同。那么小电池由于形状不同会怎么样呢？这是我们本期的主要内容。
日本索尼公司于1992年发明了18650锂电池，成为目前最常见的圆柱电池设计。比如5号、7号碱性电池都采用这种形状设计。后期由于电池的应用场景较多，以三星SDI为首的方形电池和以LG华为为首的软包电池也进入市场。目前，这三项技术也在新能源汽车产品中得到应用。
对于新能源汽车来说，目前三类电池的市场结构相对稳定，没有最好，只有更好。不同国家的不同车企对三类电池技术的认可度不同。前不久我参加了一个柔性电池的技术培训，所以我也想在今天的内容中和大家聊聊，给大家反馈一下我们的实际应用水平，这三种不同形状的电池有什么区别？
●换标不换书，形状无论如何变化都要遵循基本原则。
由于包装方式的不同，三种电池的形状明显不同。但对电池本身的工作原理没有影响。制造方法主要针对不同的工作条件、设备应用和更多样的例子，不是很严谨。就像蛋糕被做成不同的形状，原料烘焙和发酵的原理是一样的。
“方形电池锂离子运动示意图”
以上两张图展示了锂电池本身的工作原理。简单来说，锂离子在电解液中从阴极到阳极完成一次放电，然后从阳极回到阴极完成一次充电。因此，三种不同形状的电池的设计都会遵循电池本身的技术原理，但由于形状的不同，制造过程分为缠绕和堆叠两个不同的过程。
◆圆柱形电池
三种形状的电池通过圆柱绕线、方形绕线和方形叠加，最终都会变成圆柱形、方形和柔性电池。然而，目前只有圆柱形电池在制造标准上是一致的。比如大家熟知的圆柱电池分为14650、18650、21700等型号。很多人认为这是一种电池类型，但它只代表了圆柱形电池的尺寸标准。以目前最成熟的圆柱电池标准18650型为例，而21700型正在经历不断的技术进步，有可能取代18650型成为新能源汽车首选的圆柱电池产品。
◆方形电池
方形电池的可塑性更强，可以根据产品的具体需求进行定制。所以大小不同。目前无论是制造工艺还是应用标准，都没有像圆柱电池那样明确的标准划分。但由于灵活性高，在早期新能源汽车上已经使用了很长时间，车企可以根据车辆需求定制方形电池的尺寸，不受圆柱电池标准的限制。方形电池曾被认为是最适合新能源汽车应用的电池设计。目前很多车型都采用方形电池，比如宝马的I系列车型、 荣威ERX5 、蔚来的ES8以及未来即将上市的轿车和家庭的增程式SUV。
左边是荣威ERX5，右边是 蔚来ES8 （ 查成交价 | 车型详解 ）。
右边的迷彩车是一辆轿车和一辆SUV
◆方形软包电池
另一方面，柔性电池追求更纤薄的体积，在同等容量密度下重量最轻，因为采用叠加制造方式。同样，灵活的电池也可以根据应用需求定制，从我们手机电池的大小到在新能源汽车中的应用。柔性电池一直是行业内移动设备的首选，但在汽车应用中，其体积的可控性也受到汽车品牌的重视，尤其是插电式混合动力汽车。在考虑整车的布局和重量时，电池体积灵活的优势更加明显。目前，通用的 别克VELITE 5 / VELITE 5 、 凯迪拉克CT6 插电式、XT5混动车型以及日产的Sylphy纯电都采用了柔性电池。
Sylphy，纯电补贴后预售16.6万元
点评:三种电池设计都以“换汤不换药”的方式在市场上占有一席之地。从设计的角度来看，其中并没有绝对的好坏。但由于最成熟的圆柱电池有固定的全球标准，从制造到应用，整个过程的严谨性会更高。电池公司按标准制造电池，车企也按标准设计应用，一致性强。中国曾试图将欧洲的VDA标准作为方形电池技术的模板，但被引用的公司并不多。最早选择使用方形电池的车企，也在逐步用圆柱电池替代，只是为了保证产品安全标准的一致性。
而方形柔性电池的突出优势就是定制化，这就导致了标准和流程的不同。汽车公司和电池供应商必须就设计和工艺要求达成严格的协议，这显然会导致双方的R&D成本更高。目前车企对这三类电池都有自己的偏好和看法，会选择自己比较认可的类型进行产品研发。毕竟用户关心的是车辆续航性能和更好的配重和布局，对电池外形没有偏好。我们再说一遍。三种电池设计在不同形状下，在能量密度和安全性方面有什么优势？
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下个十年，谁会是技术趋势？
低在追求能量密度和体积重量，如何输赢？
在不同形状的基础上，三种电池设计也各有特点，可以通过外壳的材料和内部设计来影响单体电池的能量密度、安全性和重量。我们再举一个蛋糕的例子。馅料代表单个电池的能量密度，而面粉代表外壳包装材料的选择。
不锈钢外壳一直是圆柱形和方形电池的主要包装材料。由于工艺标准的不同要求，较轻的铝壳在方形电池上迅速普及，在重量上也有优势。但由于追求更轻薄的技术，柔性电池采用铝塑膜包装，比铝壳更轻。你甚至可以用手感受内部液体电池的流动。
除了直接影响电芯的重量，外壳使用的不同材料也对电芯的安全性、发热性等方面有影响。毕竟，电池应该分组包装，然后放入车内。钢壳最硬最重，需要兼顾安全工艺，难度相对较低，而铝膜壳最软最轻，单体制造成组封装时对散热和碰撞安全的要求也较高。然而，根据外壳材料的选择，方形电池具有相同的优点和缺点。
不要低估单节电池的重量，这会对分组放入车内的最终包装产生多层面的影响。更轻的电池组可以使整车重量更低，从而为车企提供更多的布局方式。随着技术的发展，单体电池越轻，空能量密度越大。例如，在设计车辆时，仅限于装载一个300千克的电池组。显然，单元越轻，整个电池组的能量就越高。
然而，当带钢壳的气缸和方形电池安装在车身上时，控制配重的方案相对简单。比如目前主流的圆柱形电池组的新能源汽车，都是直接布置在车身下方，这样可以保证车辆的前后配重即使较重也不会受到影响，但是会影响车辆的离地间隙和车内平台的高度。但是，有些插电式混合动力汽车会将圆柱形电池组放在后备箱下方，通过与前发动机的重量相匹配来平衡整车的重量，但这样一来，后备箱的空就会变得很小。
由于电池的形状不同，三种类型的电池在封装组的安全性和散热问题上也有不同的优缺点。圆柱电池虽然重，能量密度低，但封装时在圆柱之间形成良好的散热空空间，而方形电池则不同。如果不留缝隙，紧密排列在一起，除了散热，单体之间的安全性也很难保证。然而，柔性电池的包装将更加复杂。为了安全，为了保证散热，也为了不失去柔性电池体积纤薄的优势，我们可以想象它在封装和分组上有多复杂。很多车企在包装时都会仔细考虑三类电池设计的成本投入。目前，工艺难度和成本较低的圆柱形电池是现阶段较好的选择。
点评:简单来说，如果方形电池和圆柱电池有相同的行业标准，那么两种电池在应用上的优缺点基本在同一水平上。而柔性电池具有更强的设计灵活性，具有重量轻、能量密度高等更为明显的优势，将成为未来更多车企的首选电池类型。但恰恰相反，对制造工艺的要求明显高于前两者。生产和包装上的额外成本和技术要求，都变相提高了新能源汽车的终端售价。因此，柔性电池的极端优缺点也让一些车企望而却步。目前新能源汽车使用柔性电池的比例最小。说白了，面对成本，更多的企业还是选择与另外两家妥协。
此外，单体电池的类型只是车企选择研发方向的角度之一，封装技术也是尤为关键的一环。目前，一线新能源车企都有自己的电池实验室。他们在供应商提供的电池原型基础上进行二次研发，最后将研究方案推回给供应商，两人共同敲定所需的电池方案。然后，包装工作由自己或供应商完成，最后一步是通过精心的配重布置完成装载。这个过程各方面都有利弊，也是返场企业会选择哪种电池的关键。
●中国电池企业与汽车企业紧密甚至超越，合作共赢。
从单体电池到整车应用，车企和电池公司之间有着密切的合作关系。比如在圆柱电池的应用上，松下和特斯拉保持了多年的技术联盟，美国通用汽车和LG化学也就柔性电池技术达成了技术共识。在此之前，三星SDI还与宝马在方形电池上有过很多技术合作。
电池供应商决定了电池可靠的基础技术，车企的二次研发决定了电池在最终续航、配重、安全三大问题上的表现。ⅲ类电池的核心技术长期被日韩公司掌握，之前已经成为新能源车企首选的电池供应商。近两年来，与国外相比，我国电池和新能源汽车企业不仅电池技术和应用水平大幅收窄，在产能、质量控制和实际应用性能等方面也更有话语权。外国车企选择中国电池企业作为首选供应商已经成为常态。
截至2021年，中国电池企业已具备制造圆柱电池、方形电池和柔性电池的综合技术能力，三类电池的单体能量密度均取得长足进步。近年来，中国电池企业也从圆柱电池、方形电池向柔性电池技术过渡，当代安普瑞斯科技有限公司、李绅、郭萱高新为首的多家公司正在选择采用柔性电池技术路线。
同时，随着国内新能源汽车补贴标准对电池能量密度提出更高要求，软包技术成为实现电池轻量化、高密度的重要手段。今年年初，当代安普瑞斯科技有限公司、李绅、郭萱高新三家承接新型锂离子动力电池项目的企业，均选择了软包电池技术路线，单体电池能量密度达到300Wh/kg。但其对高制造技术的要求也要求相关后市场技术的提升，如外包装铝塑膜的技术和产能、高精度叠片、电解液注入和封装设备技术等。
然而，在走向柔性电池技术的道路上，仍然存在许多实际问题。首先，铝塑膜技术成本高，国内技术水平有限。尤其是叠片技术的控制要高于绕组。质量控制将直接影响电池寿命和安全性。为了保持产能和质量控制的同步增长，电池公司和汽车公司之间的协同努力更加关键。
总结:新能源爆发前，可能会成为一种趋势。
前几年我国新能源汽车的动力电池主要是磷酸亚铁锂中的方形电池，因为当时中国企业拥有的圆柱电池技术和成本控制能力与海外国家相比并不突出。从车企的角度来看，可定制的方形电池更有利于新能源汽车的快速研发和设计。现在，为了取得更快的成绩，当时电池和汽车企业都把方形电池作为过渡技术，但目前圆柱形三元锂电池已经成为新的主流。
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根据官方统计，2019年上半年，18650圆柱动力电池在新能源 汽车 上装机占比仅为3.7%，而2018年18650圆柱动力电池在新能源 汽车 上装机占比在6.7%，目前，18650圆柱动力电池装机率仍在下降，未来有可能彻底退出 汽车 领域。
18650圆柱动力电池的装机率持续下降，其背后真实原因是什么?我们共同看一看18650圆柱动力电池的为何被抛弃。
18650圆柱动力电池正在被时代抛弃
特斯拉在生产电动 汽车 的时候，只有18650电池最为成熟。这种直径18mm，高65mm的圆柱电池，批量生产的一致性高、成本低。2008年，特斯拉首款车型便与松下合作，采用18650钴酸锂电池作为其动力电池。
18650圆柱动力电池是最早由日本SONY公司开发的圆柱形电池的一款标准型号，称得上是锂电池的鼻祖。在3C数码、无人机、电动工具等领域应用较多。该电池技术具有成熟度高，产品良率高，电池结构稳定，产品适配性强，生产厂家多，综合性能突出，整体成本优势较为明显。
在特斯拉示范带动的作用下，国内也有一批企业开始将18650电池应用在电动 汽车 领域。有了国内电动 汽车 的推动，尤其是在小型电动 汽车 的推动下，18650电池在2016年迎来一波扩产高潮。这一年增加了近20条18650电池自动生产线。
随着补贴政策对动力电池系统能量密度的要求越来越高，18650电池的短板也逐渐明显起来。在电动 汽车 产业的推动下，动力电池也在飞速发展，市场上出现了更多成组成本更低、能量密度更高的电池。
特斯拉也抛弃了18650电池。2017年1月4日，特斯拉宣布与松下联合研发的新型21700电池开始量产。马斯克在社交媒体表示，18650电池的出现完全是一场 历史 事故，它是早期产品的标准，现在只有21700电池才能满足电动 汽车 对电池性能的要求。
不可否认的是，国内18650动力电池的身影也在减少，可见，已有越来越多的车型和企业不再将18650电池作为动力电池。
软包电池更具有市场前景
与圆柱电池相比，软包电池更具有优势，市场前景也更被看好。软包锂电池是液态锂离子电池套上一层聚合物外壳，在结构上采用铝塑膜包装，在发生安全隐患的情况下软包电池最多只会鼓气裂开，因此安全性能更好。
其次，软包电池重量上也有优势，较同等容量的钢壳锂电轻40%，较铝壳电池轻20%;容量更大，较同等规格尺寸的钢壳电池容量高10～15%，较铝壳电池高5～10%。软包电池的内阻较锂电池小，目前国产软包电池芯的内阻最小可做到35mΩ以下，极大的降低了电池的自耗电。
总的来说，软包电池容量更大、内阻更小、寿命更长，因此综合表现看软包电池的性能更好，市场前景更被看好。
那么18650会退出 汽车 领域吗?对此业内人士持不同的观点，但无一例外都认为圆柱电池在不断边缘化。随着软包电池的技术在不断成熟，生产效率会越来越高，18650电池成本优势将不再明显，未来会越来越边缘化。
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