方形与圆形电池比核心价值有何不同?

用户65969511


你好,我是在动力汽车电池行业待了10年,现在讲一下我所了解的。其实圆形电池跟方形电池核心价值是:圆形电池最大的优势是技术成熟以及标准化,方形电池优势空间利用大,散热系统好。

其实圆柱和方形电芯有各自的优势目前并没有绝对的优劣,但是不可否认的是目前方形电池比圆柱电池主流太多,就连特斯拉最大的圆柱电池供应商松下,也在上月和丰田成立了”泰星能源解决方案有限公司”,开始大力发展方形电池。

圆柱电池之所以被特斯拉所选择但是又没有成为行业主流还是因为它和方形以及软包电池的特质区别所导致的。

圆柱电池最大的优势是技术成熟以及标准化,比如 18650 电芯在用于电动车动力电池之前已经被广泛使用在类似笔记本电脑这样的电子产品中。任何产品一旦标准化之后不仅单体的一致性高而且成本会大幅下降,另外不同供应商的产品可替换性高让主机厂也有更多话语权。

方形电池的最主要优势来自它的构造形态,因为形状规则扁平,相对于圆柱电池空间利用率高。另外方形电池单体的尺寸标准化程度低,单体的容量可以定制,于是同样的电池包所需要的电池单体大大减少。这样有利于迅速减少单体组装电池包的零部件数目和复杂度,由此实现减重和提升能量密度的目的。

相反,类似方形电池,目前热门的宁德时代(老东家)CTP(Cell to Pack)和比亚迪的刀片电池所展现的优势在于,通过提高电芯单体的容量,以及在结构上合并电芯来降低整体电池包的组装复杂程度,由此节约零部件。这里主要省去了上面特斯拉例子中电芯单体的各种附件结构,比如电池单体的支撑结构和冷却回路,从而降低成本并提高整体电池包的能量密度。

方形电池的另外一个巨大优势也是因为整个电芯形态决定的:方形电池表面积大,更容易设计和装配高效散热系统。相对于一般圆柱电池的传统水冷系统,方形电池可以搭配更高效和轻便的风冷系统。

所以我认为圆形电池跟方形电池核心价值是:圆形电池最大的优势是技术成熟以及技术标准化,方形电池优势空间利用大,散热系统好。





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目前,主流的锂电池封装形式主要有三种,即圆柱、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。我们今天来着重分析一下方形和圆形电池核心价值的不同之处:

一、圆形锂电池

圆形锂电池是指圆柱型锂电池,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圆柱型锂电池的历史相当悠久,所以市场的普及率非常高,圆柱型锂电池采用相当成熟的卷绕工艺,自动化程度高,产品传品质稳定,成本相对较低。圆柱型锂电池有诸多型号,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型锂电池。

随着电动汽车市场的进一步扩大和对续航里程要求的不断提升,整车企业对动力电池在能量密度、制造成本、循环寿命和产品附加属性等方面都提出了更高的要求。在原材料领域尚未获得巨大突破的前提下,适当增大圆柱电池的体积以获得更多的电池容量便成为一种可探索的方向。目前,特斯拉已经启动了21700电池的规模化生产,并计划用于特斯拉汽车Model3上,如果在特斯拉其他车型上测试通过,将全部替换掉之前使用的18650电池,特斯拉的做法或将在世界范围内引领一股“21700风潮”。

二、方形锂电池

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。方型电池有采用卷绕和叠片两种不同的工艺。

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。

三、技术特性对比分析

1.电池形状:方形锂电池可以任意大小,所以是圆柱电池不能比的。

2.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

3.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。

4.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。

5.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。

6.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。

7.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。

总之,无论圆柱还是方形电池,目前之所以都能快速发展,是因为它们在各自擅长的应用领域,都得到了很好的应用。国内动力电池厂家都在预言方形会成为动力电池的主流,但是以Tesla为代表的圆柱动力电池应用厂家,在技术上不断创新,整车电池能量密度不断提升,电池性能表达更卓越。


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圆形电池生产工艺成熟,型号多且成本较低,产品质量有固定的国际化标准衡量,电池产品合格率以及电池组的一致性较高,有良好的充放电循环性能。由于电池组散热面积大,其散热性能优于方形电池,工作温度范围相对较宽。圆形电池便于多种形态组合,适用于电动车空间设计的充分布局。但圆形电池一般采用钢壳或铝壳封装,比较重。

方形硬壳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,电芯安全性较圆形电池有了较大改善,能量效率高。与圆形锂电池的钢壳相比,质量轻且安全性较高,使铝壳成为锂电池外壳的主流。方形电池边缘处电解液化学活性较差,长期使用易导致能量密度衰减,续航时间较短。方形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,由于型号太多,工艺很难统一,生产成本较高,但方形电池仍有很大的发展空间。

圆形电池和方形电池在核心价值上比有很大的不同,使用领域也有所不同。圆形电池广泛应用于电子产品、照明灯具等领域;方形电池主要用于新能源汽车领域等。