钜大LARGE | 点击量：2168次 | 2022年04月08日
圆柱形电池和软包锂电池，究竟哪种动力锂离子电池比较好？
1软包电池具有综合优势
目前锂离子电池重要方形、圆柱、软包三大类，其中方形和圆柱的外壳重要采用铝合金、不锈钢等硬壳，而软包的外壳则采用铝塑膜来制造，这是他们的本质差别，如表1所示，性能方面软包锂离子电池的重要优势包括：
（1）安全性能好：软包电池电解液较少漏液，且在发生安全隐患的情况下软包电池会鼓气裂开，而不像硬壳电池那样内压过大会发生爆炸；
（2）重量轻：软包电池重量较同等容量的钢壳方形电池轻40%，较铝壳方形电池轻20%；
（3）电池容量大：软包节约体积20%，较同等规格尺寸的钢壳电池容量高50%，较铝壳电池高20～30%；
符合Exic IIB T4 Gc防爆标准
充电温度：0~45℃
-放电温度：-40~+55℃
-40℃最大放电倍率：1C
-40℃ 0.5放电容量保持率≥70%
（4）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%；
（5）内阻小：软包电池的内阻较锂离子电池小，国内最小可做到35m以下，极大地降低电池的自耗电；
（6）设计灵活：可根据客户需求定制外形，可以做更薄，普通铝壳只能做到4mm，软包可以做到0.5mm。
2我们认为，在性能方面软包电池更具综合优势，未来应用前景广阔：
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软包电池更适合便携式、对空间或厚度要求高的应用领域，例如3C消费类电子产品；
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虽然方形电池的单体容量高，但又重又大，而软包电池在能量密度方面优势明显，而且目前单体电芯也在往大容量、高倍率方向发展，将更符合新能源汽车等领域对移动电源的要求；
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虽然圆柱电池的生产工艺成熟、能量密度优势明显，但由于单体电芯的容量很小，故相同容量大小的电池Pack要更多的电芯，例如特斯拉ModelS的电池Pack容量为85kWh，大约有7000多颗18650型圆柱电池，这对电池管理系统BMS要求非常高，而软包电池的单体容量可抵上10个以上18650型圆柱电池，对BMS的要求较低，介于国内甚至全球大多数BMS配套能力有限，大容量的电池Pack不会过多采用圆柱电池，另外，圆柱电池因能量密度太高导致安全性较差，且硬壳导致内压大，故常发生爆炸事件，而软包电池则具有明显优势。
综合来说，软包电池的优势与劣势几乎相生相随，因为软包电池的形状是灵活设计的（根据客户的需求定制，电芯也是重新制作的），所以统一型号的现有软包电池数量太少，另外研发一套新的软包电池组成本也挺高的。
3多领域带动软包电池需求
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软包在3C领域渗透率已超6成
随着电子产品向小型化、智能化、可穿戴方向发展，要求电池也要具有体积小、轻薄化、柔性化的特点，而软包聚合物锂离子电池凭借其优异的综合性能，以及无毒绿色环保的优点，在智能手机、平板电脑、可穿戴设备等消费类电子产品中广泛使用，且上升速度远超过锂离子电池行业平均水平，例如苹果、三星、华为、小米、黑莓电子产品的内资电池基本都采用了软包电池。
据统计，2015年软包电池在手机电池和笔记本电池两大3C应用领域的渗透率都已达到60%以上，而2009年的数据分别10.7%、7.6%，软包聚合物锂离子电池为其主流应用形式。（三元软包电池则为软包电池在新能源汽车领域的主流应用形式。）
随着3C市场创新趋势的加强，便携式电子产品进一步普及，可穿戴设备、物联网等新兴市场不断涌现，这些新产品的问世将弥补智能手机、笔记本电脑上升疲软的问题，全球3C电池需求将出现新一轮上升，如图2和图3所示，我们预计全球3C电池的需求在未来五年都能够维持10%左右的复合上升率，且软包电池的渗透率将进一步提升。
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动力领域将引爆新一轮软包需求
据CNESA统计数据显示，2015年全球电动汽车产量达到54.9万辆，同比上升近31%，带动全球车用动力锂离子电池市场规模达到26.35GWh，同比上升一倍多，成为全球锂离子电池产业上升的重要驱动力量。
全球重要国家新能源汽车规划目标统计如表2所示，到2020年合计保有量目标超过1600万辆，其中我国规划到2020年实现500万辆保有量的目标，可见十三五期间新能源汽车领域对锂离子电池的需求量将呈现井喷态势。
全球动力锂电池厂商中有超过6成采用了方形电池结构，代表车型包括三菱iMiEV，宝马i3，丰田Pruis等；而特斯拉ModelS采用的松下18650型电池则是圆柱动力锂电池的代表；软包电池的占比高于圆柱，代表车型则是日产Leaf、通用雪佛兰Volt、宝马等，如表3所示，重要供应商有日本AESC、LG化学、A123等。
近年来，国内如东风、众泰、北汽新能源、比亚迪等主流电动汽车企也纷纷开始尝试软包动力锂电池，重要供应商有ATL、多氟多、微宏动力、中航锂电等，近期上海卡耐新能源、山东恒宇、苏州宇量等很多公司也开始大力投建软包动力锂电池生产线。我们认为，随着电池路线的发展，软包在新能源汽车市场的渗透率将不断提升，未来有望超过50%。6
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储能接棒，未来市场空间巨大
储能改变了能源的使用方式，是未来新能源领域进一步发展的重要支撑。应用项目重要集中在可再生能源并网、辅助服务、电力输配和分布式微电网等领域。根据CNESA的统计，截止2015年，除抽水蓄能、压缩空气储能、储热外，全球新技术储能总装机项目327个，累计装机规模946.8MW，较2014年上升了12%。自2010年起，全球储能项目累计装机规模的上升速度趋于平稳，2010-2015年复合上升率18%，项目的累计数量相对来说上升较快，2010-2015年复合上升率40%。其中，北美、欧洲、亚太地区是储能项目开展较多的区域。国内方面，截止2015年新技术储能总装机项目118个，累计装机规模105.5MW，较2014年上升30%，占全球储能项目累计装机规模的11%，2010-2015年复合上升率为110%，是全球的六倍多，未来国内市场空间非常广阔。
我们预计在未来5～10年内配网侧和用户侧调峰调频、分布式储能、分布式风光储等领域将成为全球储能发展的热点领域，随着锂电成本的降低，储能市场有望快速启动，接棒新能源汽车市场成为拉动锂电需求的重要驱动力。就目前而言，LG和科陆电子达成合作，率先将软包锂离子电池用于储能领域，未来市场空间巨大。
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高倍率软包电池市场复合增速超过40%
过去5年高倍率软包电池需求也保持着高速上升，重要包括航模、航拍无人机、玩具、电动工具、电子烟、汽车启停电源、智能医疗设备、AGV机器人、特种用品等细分市场。
根据高工锂电调研数据显示，如图4所示，2014年我国高倍率软包锂离子电池市场规模达到52亿元，同比2013年上升49%，其中以深圳大疆为代表的的无人机市场对高倍率软包锂离子电池的需求拉动最为显著，2015年高倍率软包锂离子电池市场规模预计约为75～80亿元，相比2014年上升45%以上。
由于细分市场多，单个市场规模不大，目前高倍率软包锂离子电池整体竞争较为宽松，国内重要供应商有ATL、格瑞普、佛山实达、深圳海盈、西安瑟福、广州丰江、广州鹏辉等。
受益于终端市场的扩大，高倍率软包电池销量明显提升，其中航拍无人机、汽车启停电源、AGV机器人等新兴市场关注度正逐步提升，预计未来还将保持高速上升趋势。
就以上汽通过别克VELITE6所用的模块化三元锂离子电池组中的软包电池为例，我们就能发现软包电池作为车载动力锂电池的与众不同之处。首先来看看软包电池是如何装载到汽车身上的？
假如我们把VELITE6的电池组模块拿出来单看，会发现电池外观就是一个硬壳大包，和所谓软包电池不符。其实啊，这个硬壳大包的内部实为叠片式的软包电池，一片片软包电池如同扑克牌相同竖直排列在一起，当然工程师所做的并不是简单地把它们放一起而已。
△图示为一个MINI堆垛单元
据通用内部工程师介绍，每两片软包电池组成一个所谓MINI堆垛单元的基础。通过流水线焊接在一起。电芯与电芯之间由铝制冷却片隔开，冷却液通过注水口注入，填充冷却片上的毛细管，循环流动并带走热量。此外，也可以通过线圈加热冷却液，使电池升温，即使在极端寒冷环境下，确保电池处于最适宜的工作温度。
两个软包电池、一片毛细管冷却片，再加上一个模组框架和一片隔热泡棉，就组成了一个完整的MINI堆垛单元。而一个电池模块总成由26个MINI堆垛单元组成。
△gif呈现的液冷-电芯堆垛示意图
并且VELITE6有两个电池模块供应动力源，所以其所用的软包电池共计104个（2个软包电池x26个堆垛单元x2个电池模块）。和特斯拉车型上动不动就由几千枚圆柱形电池组成的电池包比较，VELITE6的软包电池在总电量方面不占上风。
但是在重量和安全性能方面，无疑软包电池组是有优势的，并且VELITE6的电池包还有一个厉害的地方，那就是与之匹配的电池热管理系统。
诚然，软包电池的优点众多，但也有明显缺陷，就是一致性比较差。所谓电池一致性指的就是电池组的综合性能，因为电池在不同温度下的热耗率（每出现1kW•h的电能所消耗的热量）是不相同的，这是由于电池内部的化学反应与温度是密切相关的。
假如电池在绝热或者高温等热传递不充分的内部环境中运行，电池温度将会显著上升，从而导致电池组内部形成热点，最终可能会发生失控。
所以说，电池的一致性关于整个电池组的性能和寿命出现很大的影响。假如想把软包电池成功应用到电动汽车上并保持稳定，就必须给它搭配非常牛的电池热管理系统！
热管理系统方面，相比于其他厂商模组级冷却，VELITE6的软包电池组采用了电芯级独立液冷，电池组散热冷却循环分布到每个电芯单元，使得电芯温差控制在2℃以内，力求保证电芯的一致性。其实，说的更简单一点，也就是上文提到的毛细管冷却片……
其实这样的做法和特斯拉的圆柱形电池组有异曲同工之妙，在特斯拉车型的电池组内部，热管理系统的本质就是竖直排列的圆柱形电池被灌注水乙二醇的导热铝管所环绕，铝管外还有一层橘黄色的绝缘胶带。
△特斯拉ModelS电池组拆解结构图
只不过不同于别克VELITE6的主动式液冷系统，特斯拉散热铝管内的冷却液并不会流动！靠的是铝管传递热量来保持电池温度的一致性，虽然是被动式冷却，但是好在特斯拉的管理系统比较聪明，车辆很少会因为电池过热出现问题。
