圆柱、方形和软包锂电池结构特点及技术特性解析

 

 

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”。

 

 

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。

 

 

软包锂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(铝塑复合膜)，这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)。

 

软包电池的包装材料和结构使其拥有一系列优势，电动知家公众号总结下，比如，安全性能好，软包电池在结构上采用铝塑膜包装，发生安全问题时，软包电池一般会鼓气裂开，而不像钢壳或铝壳电芯那样发生爆炸；重量轻，软包电池重量较同等容量的钢壳锂电池轻40%，较铝壳锂电池轻20%;内阻小，软包电池的内阻较锂电池小，可以极大的降低电池的自耗电；循环性能好，软包电池的循环寿命更长，100次循环衰减比铝壳少4%～7%；设计灵活，外形可变任意形状，可以更薄，可根据客户的需求定制，开发新的电芯型号。软包电池的不足之处是一致性较差，成本较高，容易发生漏液。成本高可通过规模化生产解决，漏液则可以通过提升铝塑膜质量来解决。

 

 

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、方形还是软包电池，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。