圆柱主要以钢壳圆柱磷酸铁锂电池为主,圆柱电池

目前主流的锂电池封装形式主要有三种:圆柱、方形和软包,不同的封装结构意味着不同的特性,它们各有优缺点,下面我们就来一起探讨一下这三种电池的特点吧!

在政策和市场的双重簇拥下,动力电池产业正从导入期向高速发展期加速过渡。而在电池外形规格上,动力电池已经渐渐形成圆柱、方形、软包“三美”鼎立的局面。那么,现阶段主流企业中,是如何“品读”这三种规格类型的呢?

1、圆柱形锂电池

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圆柱电池:技术娴熟资历老,稳健增长试比高

圆柱形锂电池分为磷酸铁锂、钴酸锂、锰酸锂、钴锰混合、三元材料不同体系,外壳分为钢壳和聚合物两种,不同材料体系电池有不同的优点。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。

圆柱形锂电池生产工艺成熟,PACK成本较低,电池产品良率以及电池组的一致性较高;而且由于电池组散热面积大,其散热性能优于方形电池。同时,由于圆柱形电池便于多种形态组合,适用于电动汽车空间设计的充分布局。基于这些优点,国内大部分企业在进入动力领域时,大多选择圆柱电池。但圆柱形电池一般采用钢壳或铝壳封装,重量比较重,比能量相对较低,这也成为一些企业放弃圆柱形电池的原因之一。那么在圆柱电池方面,调研组所走访的企业中,又有哪些依旧看好圆柱电池呢?

一个典型的圆柱形电池的结构包括:正极盖、安全阀、PTC元件、电流切断机构、垫圈、正极、负极、隔离膜、壳体。

比克动力

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,因为18650圆柱形锂电池的历史相当悠久,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。圆柱形锂电池有诸多型号,比如常见的有14650、17490、18650、21700、26650等。圆柱型锂电池在日本、韩国锂电池企业中较为流行,中国国内也有相当规模的企业生产圆柱形锂电池。

比克动力自2005年开始涉足圆柱型电池,2009年,比克动力所生产的圆柱电池产品就已经应用于汽车领域。对于圆柱电池的研究,比克动力具有领先优势,并不断提升工艺、调整布局,逐步优化了圆柱电池的一致性。经过十几年的技术累积,比克动力已经将从下游客户那里积累的应用经验充分释放在圆柱电池产品上,并实现了长期稳定的良性增长。

2、方形锂电池

据调研组了解,现阶段比克动力仍然以圆柱电池为主,下一步会布局方形电池,但仅仅是出于技术方面的储备,2017年并不会将其作为主要产品。

方形锂电池通常是指铝壳或钢壳方形电池,方形电池的普及率在国内很高,随着近年汽车动力电池的兴起,汽车续航里程与电池容量之间的矛盾日渐突显,国内动力电池厂商多采用电池能量密度较高的铝壳方形电池为主,因为方形电池的结构较为简单,不像圆柱电池采用强度较高的不锈钢作为壳体及具有防爆安全阀的等附件,所以整体附件重量要轻,相对能量密度较高。方型电池采用卷绕和叠片两种不同的工艺。

笔者认为,这一决策主要缘于比克动力对圆柱电池的工艺及市场占比相对稳固,布局方形电池只为顺应市场变化,并非调整企业发展战略。

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猛狮科技

但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,而正因为型号太多,工艺很难统一。方形电池在普通的电子产品上使用没有问题,但对于需要多只串、并联的工业设备产品,最好使用标准化生产的圆柱形锂电池,这样生产工艺有保证,以后也更容易找到可替换的电池。

2017年猛狮科技在福建诏安的高端三元动力锂电池项目已进入量产。预计在今年底二期项目实现量产,三期项目完成设备安装。一至三期项目总产能6Gwh,均以圆柱电池为主,主要应用于乘用车及物流车市场。

3、软包锂电池

猛狮科技相关负责人告诉调研组,将来电池产业竞争会很激烈,企业更要靠近市场,在确保圆柱电池为主的前提下,也会兼顾方形电池。旗下湖北猛狮新能源位于襄阳宜城的高端锂电项目已开工建设,总投资约31.5亿元,规划建设6条全自动生产线,年产能达6GWh,主要生产40Ah及以上容量的方形铝壳三元动力锂电池、电池组及PACK。

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,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)、阻透层和内层。

未来,猛狮科技依旧看好圆柱电池路线,并积极展开新能源领域的全产业链布局。在确保圆柱形电池生产技术成熟、标准化强的基础上,进一步提高企业在新能源领域的地位和竞争力。

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方形电池:工艺繁多种类广,型号太多求统一

软包电池的包装材料和结构使其拥有下面一系列优势:

方形电池壳体多为铝合金、不锈钢等材料,内部采用卷绕式或叠片式工艺,对电芯的保护作用优于软包电池,电芯安全性相对圆柱型电池也有了较大改善。方形电池目前还在向高硬度壳体和轻重量的技术方向发展,也将为市场提供性能更加优越的锂电池产品。

1.安全性能好

比亚迪

软包电池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,而不像钢壳铝壳电芯那样会发生爆炸。

笔者通过调研了解到,比亚迪的动力电池产品以方形电池为主,也有部分采用软包工艺。比亚迪选择以方形路线为主,主要考虑到电池的质量和安全等问题。

2.重量轻

在调研讨论中,比亚迪做出“在未来较长一段时间内,方形还是市场的主导,而圆形电池会是另一个主流”的判断。同时,比亚迪对软包电池持保留态度,期待通过科技进步,攻克技术方向的难题,克服软包电池的缺点。

软包电池重量较同等容量的钢壳锂电轻40%,较铝壳电池轻20%。

笔者认为,比亚迪依托于集团新能源汽车业务的带动,坚持全产业链战略,从材料到电池、电机、电控再到整车全部“亲自操刀”,对市场需求和工艺上均有独到见解,受同行企业工艺布局影响较小。

3.容量大

塔菲尔

软包电池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%。

据了解,塔菲尔早期曾对圆柱和方形电池进行过评估。但塔菲尔在最终的PACK阶段,单体圆柱电池成组后优势对比方形电池有所缺失,也正是基于这一原因,塔菲尔选择了方形电池。塔菲尔相关负责人告诉调研组,塔菲尔以方形电池为主,材料化学体系分为磷酸铁锂和三元锂电池。塔菲尔认为在目前的技术背景下,圆柱电池成组后在能量密度方面优势不大。而软包电池,在单体上存在比较明显的优势,但是成组以后配合外支架,能量密度跟方形电池相差不多。

10bet官网中文,4.内阻小

未来,塔菲尔将坚持以方形电池为主,但不放弃对圆柱和软包电池的深度探索。

软包电池的内阻较小,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。

经过调研我们发现,塔菲尔虽然是一家“年轻”的电池企业,但对产能的扩张十分谨慎,其根据自身的发展阶段和客户的需求增加产线,进行工艺布局,不盲目跟风扩产,力争一步一个脚印走得稳健扎实。

5.设计灵活

软包电池:厚积薄发潜能好,唯叹成本引天焦

软包电池的形状可根据客户的需求定制,开发新的电芯型号。

软包电池所用的关键材料——正极材料、负极材料及隔膜——与传统的钢壳、铝壳锂电池之间的区别不大,最大的不同之处在于软包装材料,这是软包电池中最关键、技术难度最高的材料。作为近些年在乘用车领域新崛起的电池规格,软包电池在乘用车动力电池领域的比重正在逐步提升,调研组走访过的一些电池企业,也对软包电池“情有独钟”。

然而软包锂电池现有的软包电池芯型号较少,无法满足市场需求;同时开发新的型号成本高。

双登集团

4、对比分析

调研组了解到,双登集团近几年一直致力于优化软包电池,直面软包电池PACK这一难题。经过不懈的努力与坚持,双登软包铝壳磷酸铁锂、三元软包产品已经通过GB/T31485-2015标准检测,并已经在多款大巴车以及物流车上通过路试运行,相关车型登上了《节能与新能源汽车示范推广应用工程推荐车型目录》,即将取得批量的订单。

电池形状:方形锂电池可以是任意大小,所以是圆柱电池不能比的。

双登集团相关负责人表示,动力锂电池作为双登集团未来发展的一个重要支撑点,要做到电池研发和生产齐头并进,在多种电池工艺上均有所布局,并针对不同的用户提供最优的解决方案,将选择权交给市场和客户。

倍率特性:圆柱形锂电池焊接多极耳的工艺限制,所以倍率特性稍差于方形多极耳方案

天劲新能源

放电平台:采用相同的正极材料、负极材料、电解液所以理论上放电平台是一致的,但是方形电池内阻稍占优势,所以放电平台稍微高一点。

天劲新能源专注于软包动力电池技术研发、生产、销售,尤其注重软包动力电池安全与技术的研发创新,在三元叠片软包电池技术上已取得了相应成果。

产品质量:圆柱锂电池工艺非常成熟,极片公有二次分切缺陷机率低,且卷绕工艺较叠片工艺成熟度及自动化程度都要高叠片工艺目前还在采用半手工方式,所以对于电池的品质存在不利影响。

调研组了解到,天劲新能源在佛山建设的软包电池为主的4Gwh新基地已经开工建设,一期2GWh产能将于年底投产。天劲新能源现已完成高镍三元电池的研发并已进入中试阶段,能量密度具备明显竞争优势。考虑到目前国内软包电池PACK自动化水平普遍偏低,天劲新能源也切实感受到了“压力山大”,接下来,天劲新能源计划通过提高技术水平,尽早达到日韩电池企业的自动化水平。

极耳焊接:圆柱锂电池极耳较方形锂电池更易焊接,方形电池易产生虚焊影响电池品质。

笔者认为,天劲新能源布局软包,缘由软包电池优点突出。但如何提高软包生产设备的精度,提高软包设备的技术水平,将是国内电池和设备企业共同努力的方向。

PACK成组:圆形电池相对具有更易用特点,所以PACK方案简单,散热效果好,方形电池PACK时要解决好散热的问题。

通过此次调研不难看出,三种类型的电池,在不同的领域各具优势,也各有不足,每种电池都有自己主导的领域。随着新能用汽车新补贴政策的出台,电池的系统能量密度成为一项重要考核指标。其中,软包电池拥有容量大、内阻小、设计灵活、安全性高、重量轻等明显优势,在动力电池领域的应用正在加快。但是,国内软包动力电池仍然面临诸多问题。一方面,一致性相对较差,容易发生漏液等瓶颈依旧存在。另一方面,作为软包电池最关键、技术难度极高的包装材料,铝塑膜生产的工艺精度控制和日本企业相比存在较大差距,尤其是反应条件和精度控制,这种高精度的材料制造过程中,经常是差之毫厘谬以千里,工艺控制的难度就体现在分毫之间。而圆柱和方型电池由于较早投入市场,已经历经市场检验,技术相对成熟,在其既有领域仍将发挥重要作用。

结构特点:方形电池边角处化学活性能较差,长期使用电池性能下降较为明显。

目前国内动力电池规格众多,并未实现标准化。要想真正实现新能源汽车的市场化推广,让消费者使用的更加放心、便捷,除了发展“高安全、快充、长寿命”电池技术,实现标准化的电池外形、规格,减少成组及装配阶段的重复工作也是必然趋势。总的来说,圆柱、方形和软包三种封装类型的电池各有优势,也各有不足,每种电池都有自己主导的领域。正所谓,你有闭月羞花之容,我有沉鱼落雁之貌,纵使颜值娇天下,看市场花落谁人家。

总的来说,圆柱、方形和软包三种封装类型的电池各有优势,也各有不足,每种电池都有自己主导的领域,比如,方形电池中磷酸铁锂较多,软包电池中三元更多一些。随着新能用汽车新补贴政策的出台,电池的系统能量密度成为一项重要考核指标。

比如,补贴新政要求纯电动客车续驶里程不低于200公里、电池系统能量密度要高于85Wh/kg、电池系统总质量占整车整备质量比例不高于20%,这些都说明补贴向着重量更轻、续航里程更高的三元电池方向转变。三元软包电池容量较同等尺寸规格的钢壳锂电高10~15%、较铝壳电池高5~10%,而重量却比同等容量规格的钢壳电池和铝壳电池更轻,因此,补贴新政对三元软包电池更有利。

鉴于软包电池的优势,业内专家预计,随着电池路线的发展,软包电池在新能源汽车市场的渗透率将不断提升,未来软包电池在各类型电池中的占比有望超过50%。

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