方形與圓形電池比核心價值有何不同?

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你好,我是在動力汽車電池行業待了10年,現在講一下我所瞭解的。其實圓形電池跟方形電池核心價值是:圓形電池最大的優勢是技術成熟以及標準化,方形電池優勢空間利用大,散熱系統好。

其實圓柱和方形電芯有各自的優勢目前並沒有絕對的優劣,但是不可否認的是目前方形電池比圓柱電池主流太多,就連特斯拉最大的圓柱電池供應商松下,也在上月和豐田成立了”泰星能源解決方案有限公司”,開始大力發展方形電池。

圓柱電池之所以被特斯拉所選擇但是又沒有成為行業主流還是因為它和方形以及軟包電池的特質區別所導致的。

圓柱電池最大的優勢是技術成熟以及標準化,比如 18650 電芯在用於電動車動力電池之前已經被廣泛使用在類似筆記本電腦這樣的電子產品中。任何產品一旦標準化之後不僅單體的一致性高而且成本會大幅下降,另外不同供應商的產品可替換性高讓主機廠也有更多話語權。

方形電池的最主要優勢來自它的構造形態,因為形狀規則扁平,相對於圓柱電池空間利用率高。另外方形電池單體的尺寸標準化程度低,單體的容量可以定製,於是同樣的電池包所需要的電池單體大大減少。這樣有利於迅速減少單體組裝電池包的零部件數目和複雜度,由此實現減重和提升能量密度的目的。

相反,類似方形電池,目前熱門的寧德時代(老東家)CTP(Cell to Pack)和比亞迪的刀片電池所展現的優勢在於,通過提高電芯單體的容量,以及在結構上合併電芯來降低整體電池包的組裝複雜程度,由此節約零部件。這裡主要省去了上面特斯拉例子中電芯單體的各種附件結構,比如電池單體的支撐結構和冷卻迴路,從而降低成本並提高整體電池包的能量密度。

方形電池的另外一個巨大優勢也是因為整個電芯形態決定的:方形電池表面積大,更容易設計和裝配高效散熱系統。相對於一般圓柱電池的傳統水冷系統,方形電池可以搭配更高效和輕便的風冷系統。

所以我認為圓形電池跟方形電池核心價值是:圓形電池最大的優勢是技術成熟以及技術標準化,方形電池優勢空間利用大,散熱系統好。





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目前,主流的鋰電池封裝形式主要有三種,即圓柱、方形和軟包,不同的封裝結構意味著不同的特性,它們各有優缺點。我們今天來著重分析一下方形和圓形電池核心價值的不同之處:

一、圓形鋰電池

圓形鋰電池是指圓柱型鋰電池,最早的圓柱形鋰電池是由日本SONY公司於1992年發明的18650鋰電池,因為18650圓柱型鋰電池的歷史相當悠久,所以市場的普及率非常高,圓柱型鋰電池採用相當成熟的卷繞工藝,自動化程度高,產品傳品質穩定,成本相對較低。圓柱型鋰電池有諸多型號,比如常見的有14650、17490、18650、21700、26650等。圓柱型鋰電池在日本、韓國鋰電池企業中較為流行,中國國內也有相當規模的企業生產圓柱型鋰電池。

隨著電動汽車市場的進一步擴大和對續航里程要求的不斷提升,整車企業對動力電池在能量密度、製造成本、循環壽命和產品附加屬性等方面都提出了更高的要求。在原材料領域尚未獲得巨大突破的前提下,適當增大圓柱電池的體積以獲得更多的電池容量便成為一種可探索的方向。目前,特斯拉已經啟動了21700電池的規模化生產,並計劃用於特斯拉汽車Model3上,如果在特斯拉其他車型上測試通過,將全部替換掉之前使用的18650電池,特斯拉的做法或將在世界範圍內引領一股“21700風潮”。

二、方形鋰電池

方形鋰電池通常是指鋁殼或鋼殼方形電池,方形電池的普及率在國內很高,隨著近年汽車動力電池的興起,汽車續航里程與電池容量之間的矛盾日漸突顯,國內動力電池廠商多采用電池能量密度較高的鋁殼方形電池為主,因為方形電池的結構較為簡單,不像圓柱電池採用強度較高的不鏽鋼作為殼體及具有防爆安全閥的等附件,所以整體附件重量要輕,相對能量密度較高。方型電池有采用卷繞和疊片兩種不同的工藝。

但由於方形鋰電池可以根據產品的尺寸進行定製化生產,所以市場上有成千上萬種型號,而正因為型號太多,工藝很難統一。方形電池在普通的電子產品上使用沒有問題,但對於需要多隻串、並聯的工業設備產品,最好使用標準化生產的圓柱形鋰電池,這樣生產工藝有保證,以後也更容易找到可替換的電池。

三、技術特性對比分析

1.電池形狀:方形鋰電池可以任意大小,所以是圓柱電池不能比的。

2.倍率特性:圓柱形鋰電池焊接多極耳的工藝限制,所以倍率特性稍差於方形多極耳方案

3.放電平臺:採用相同的正極材料、負極材料、電解液所以理論上放電平臺是一致的,但是方形電池內阻稍佔優勢,所以放電平臺稍微高一點。

4.產品質量:圓柱鋰電池工藝非常成熟,極片公有二次分切缺陷機率低,且卷繞工藝較疊片工藝成熟度及自動化程度都要高疊片工藝目前還在採用半手工方式,所以對於電池的品質存在不利影響。

5.極耳焊接:圓柱鋰電池極耳較方形鋰電池更易焊接,方形電池易產生虛焊影響電池品質。

6.PACK成組:圓形電池相對具有更易用特點,所以PACK方案簡單,散熱效果好,方形電池PACK時要解決好散熱的問題。

7.結構特點:方形電池邊角處化學活性能較差,長期使用電池性能下降較為明顯。

總之,無論圓柱還是方形電池,目前之所以都能快速發展,是因為它們在各自擅長的應用領域,都得到了很好的應用。國內動力電池廠家都在預言方形會成為動力電池的主流,但是以Tesla為代表的圓柱動力電池應用廠家,在技術上不斷創新,整車電池能量密度不斷提升,電池性能表達更卓越。


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圓形電池生產工藝成熟,型號多且成本較低,產品質量有固定的國際化標準衡量,電池產品合格率以及電池組的一致性較高,有良好的充放電循環性能。由於電池組散熱面積大,其散熱性能優於方形電池,工作溫度範圍相對較寬。圓形電池便於多種形態組合,適用於電動車空間設計的充分佈局。但圓形電池一般採用鋼殼或鋁殼封裝,比較重。

方形硬殼電池殼體多為鋁合金、不鏽鋼等材料,內部採用卷繞式或疊片式工藝,電芯安全性較圓形電池有了較大改善,能量效率高。與圓形鋰電池的鋼殼相比,質量輕且安全性較高,使鋁殼成為鋰電池外殼的主流。方形電池邊緣處電解液化學活性較差,長期使用易導致能量密度衰減,續航時間較短。方形電池可以根據產品的尺寸進行定製化生產,所以市場上有成千上萬種型號,由於型號太多,工藝很難統一,生產成本較高,但方形電池仍有很大的發展空間。

圓形電池和方形電池在核心價值上比有很大的不同,使用領域也有所不同。圓形電池廣泛應用於電子產品、照明燈具等領域;方形電池主要用於新能源汽車領域等。


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