圆柱、方形、软包锂电池三分天下 最后能胜出的却是它?
动力电池与储能电池是目前电池技术应用两大主力,储能电池对应着太阳能等设备,动力电池则对应着新能源汽车。
曾经以日韩企业为首的电池技术企业,很早以前就将动力电池的封装种类归为了三大形式:圆柱形、方形以及软包。直观上它们的不同点只在于形状上,但同时它们在技术开发和应用角度上也有着不同,那么小小的电池会因为形状不同而发生怎样的区别?让我们来一探究竟。
关于这三种锂电池,麦肯锡和美国汽车评估公司A2Mac1将十款涵盖三种电池的主流电动汽车拆解,并对电池等核心零部件做了评估。
不同电动车车程价比水平(图源:麦肯锡)
研究结果表明,三种形状电池的优点和缺点都很显著,就不同电池对电动车性能的影响而言,没有绝对赢家。
历史悠久的圆柱形锂电池
在我们的日常生活中,经常可以看到圆柱形锂电池的身影。比如遥控器、玩具汽车上面都可以见到。但我们对于它的了解有多少呢?
目前,圆柱主要以钢壳圆柱磷酸铁锂电池为主,这种电池的表现为容量高、输出电压高、良好的充放电循环性能、输出电压稳定、能大电流放电、电化学性能稳定、使用安全、工作温度范围宽、对环境友好。广泛应用于太阳能灯具、草坪灯具、后备能源、电动工具、玩具模型上。
最早的圆柱形锂电池是由日本SONY公司于1992年发明的18650锂电池,它的历史相当悠久,所以市场的普及率非常高,圆柱形锂电池采用相当成熟的卷绕工艺,自动化程度高,产品品质稳定,成本相对较低。
在新能源汽车行业,特斯拉Modle S、Modle 3以及Roadster采用的松下生产的圆柱形,江淮、众泰以及奇瑞的部分车型也使用到不同品牌生产商的圆柱形电池。
(特斯拉18650圆柱电池)
多变的方形锂电池
相比于圆柱形电池,方形电池的可塑性会更强一些,可以根据搭载产品的具体需求而进行定制化的设计,所以导致了形状的大小不一。
(方形电池锂离子运动示意图)
目前无论制造工艺或者应用标准,并没有圆柱形电池那样清晰的标准划分。但也正因为其灵活性高长时间的应用在早期的新能源汽车中,车企可以根据车型需求而对方形电池尺寸进行定制化设计,而不用受到圆柱形电池标准的限制。
方形电池也曾经被认为是最适合新能源汽车应用的电池设计。目前方形电池在很多车型上都采用了,比如丰田的普锐斯,福特的Focus电动版和混动版以及比亚迪的秦、唐、宋等等。
多变性有利也有弊,正是由于方形锂电池可以根据产品的尺寸进行定制化生产,所以市场上有成千上万种型号,工艺很难统一。
相对安全的软包锂电池
软包锂电池是液态锂离子电池套上一层聚合物外壳,与其他电池最大的不同之处在于软包装材料(铝塑复合膜),这也是软包锂电池中最关键、技术难度最高的材料。软包装材料通常分为三层,即外阻层(一般为尼龙BOPA或PET构成的外层保护层)、阻透层(中间层铝箔)和内层(多功能高阻隔层)。
安全系数较高是软包电池的一项优势。由于外包装采用的多是铝塑膜,一旦内部出现问题,软包电池就会出现鼓胀,从电池表面最薄弱的部位鼓开,但不会发生爆炸。但是,电池单体越大,安全越难保证,能量密度比较高时,燃烧也会十分迅速、剧烈。尤其是方形电池的安全系数比软包电池和圆柱电池都要低。
例如,现代起亚的K5 和K7混动版,福特福克斯的混动版以及上汽的荣威E550和E50等等都是用的软包锂电池。
(特斯拉Modle S的电池包)
按照2018年新能源汽车补贴方案,系统能量密度在140Wh/kg以上的纯电动乘用车有10%的补贴溢价,系统能量密度在160Wh/kg以上的纯电动乘用车有20%的补贴溢价,系统能量密度在135Wh/kg以的纯电动客车可获得10%的补贴溢价,提高了补贴对于电池系统能量密度的要求。由于软包装能够进一步提升电池能量密度,发展软包电池符合新政策引导方向。
三种锂电池三分天下,以后的境况如何还未知晓,如何在固有基础上优化产品,是目前各大制造商的目标所在。那么,下一代动力电池的现世是否能改变现状呢?让我们静候佳音。
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