鉅大LARGE | 點擊量：2194次 | 2022年04月08日
圓柱形電池和軟包鋰電池，究竟哪種動力鋰離子電池比較好？
1軟包電池具有綜合優(yōu)勢
目前鋰離子電池重要方形、圓柱、軟包三大類，其中方形和圓柱的外殼重要采用鋁合金、不銹鋼等硬殼，而軟包的外殼則采用鋁塑膜來制造，這是他們的本質(zhì)差別，如表1所示，性能方面軟包鋰離子電池的重要優(yōu)勢包括：
（1）安全性能好：軟包電池電解液較少漏液，且在發(fā)生安全隱患的情況下軟包電池會鼓氣裂開，而不像硬殼電池那樣內(nèi)壓過大會發(fā)生爆炸；
（2）重量輕：軟包電池重量較同等容量的鋼殼方形電池輕40%，較鋁殼方形電池輕20%；
（3）電池容量大：軟包節(jié)約體積20%，較同等規(guī)格尺寸的鋼殼電池容量高50%，較鋁殼電池高20～30%；
符合Exic IIB T4 Gc防爆標準
充電溫度：0~45℃
-放電溫度：-40~+55℃
-40℃最大放電倍率：1C
-40℃ 0.5放電容量保持率≥70%
（4）循環(huán)性能好：軟包電池的循環(huán)壽命更長，100次循環(huán)衰減比鋁殼少4%～7%；
（5）內(nèi)阻小：軟包電池的內(nèi)阻較鋰離子電池小，國內(nèi)最小可做到35m以下，極大地降低電池的自耗電；
（6）設(shè)計靈活：可根據(jù)客戶需求定制外形，可以做更薄，普通鋁殼只能做到4mm，軟包可以做到0.5mm。
2我們認為，在性能方面軟包電池更具綜合優(yōu)勢，未來應(yīng)用前景廣闊：
1
軟包電池更適合便攜式、對空間或厚度要求高的應(yīng)用領(lǐng)域，例如3C消費類電子產(chǎn)品；
2
雖然方形電池的單體容量高，但又重又大，而軟包電池在能量密度方面優(yōu)勢明顯，而且目前單體電芯也在往大容量、高倍率方向發(fā)展，將更符合新能源汽車等領(lǐng)域?qū)σ苿与娫吹囊螅?/p>
3
雖然圓柱電池的生產(chǎn)工藝成熟、能量密度優(yōu)勢明顯，但由于單體電芯的容量很小，故相同容量大小的電池Pack要更多的電芯，例如特斯拉ModelS的電池Pack容量為85kWh，大約有7000多顆18650型圓柱電池，這對電池管理系統(tǒng)BMS要求非常高，而軟包電池的單體容量可抵上10個以上18650型圓柱電池，對BMS的要求較低，介于國內(nèi)甚至全球大多數(shù)BMS配套能力有限，大容量的電池Pack不會過多采用圓柱電池，另外，圓柱電池因能量密度太高導致安全性較差，且硬殼導致內(nèi)壓大，故常發(fā)生爆炸事件，而軟包電池則具有明顯優(yōu)勢。
綜合來說，軟包電池的優(yōu)勢與劣勢幾乎相生相隨，因為軟包電池的形狀是靈活設(shè)計的（根據(jù)客戶的需求定制，電芯也是重新制作的），所以統(tǒng)一型號的現(xiàn)有軟包電池數(shù)量太少，另外研發(fā)一套新的軟包電池組成本也挺高的。
3多領(lǐng)域帶動軟包電池需求
1
軟包在3C領(lǐng)域滲透率已超6成
隨著電子產(chǎn)品向小型化、智能化、可穿戴方向發(fā)展，要求電池也要具有體積小、輕薄化、柔性化的特點，而軟包聚合物鋰離子電池憑借其優(yōu)異的綜合性能，以及無毒綠色環(huán)保的優(yōu)點，在智能手機、平板電腦、可穿戴設(shè)備等消費類電子產(chǎn)品中廣泛使用，且上升速度遠超過鋰離子電池行業(yè)平均水平，例如蘋果、三星、華為、小米、黑莓電子產(chǎn)品的內(nèi)資電池基本都采用了軟包電池。
據(jù)統(tǒng)計，2015年軟包電池在手機電池和筆記本電池兩大3C應(yīng)用領(lǐng)域的滲透率都已達到60%以上，而2009年的數(shù)據(jù)分別10.7%、7.6%，軟包聚合物鋰離子電池為其主流應(yīng)用形式。（三元軟包電池則為軟包電池在新能源汽車領(lǐng)域的主流應(yīng)用形式。）
隨著3C市場創(chuàng)新趨勢的加強，便攜式電子產(chǎn)品進一步普及，可穿戴設(shè)備、物聯(lián)網(wǎng)等新興市場不斷涌現(xiàn)，這些新產(chǎn)品的問世將彌補智能手機、筆記本電腦上升疲軟的問題，全球3C電池需求將出現(xiàn)新一輪上升，如圖2和圖3所示，我們預(yù)計全球3C電池的需求在未來五年都能夠維持10%左右的復合上升率，且軟包電池的滲透率將進一步提升。
2
動力領(lǐng)域?qū)⒁乱惠嗆洶枨?/p>
據(jù)CNESA統(tǒng)計數(shù)據(jù)顯示，2015年全球電動汽車產(chǎn)量達到54.9萬輛，同比上升近31%，帶動全球車用動力鋰離子電池市場規(guī)模達到26.35GWh，同比上升一倍多，成為全球鋰離子電池產(chǎn)業(yè)上升的重要驅(qū)動力量。
全球重要國家新能源汽車規(guī)劃目標統(tǒng)計如表2所示，到2020年合計保有量目標超過1600萬輛，其中我國規(guī)劃到2020年實現(xiàn)500萬輛保有量的目標，可見十三五期間新能源汽車領(lǐng)域?qū)︿囯x子電池的需求量將呈現(xiàn)井噴態(tài)勢。
全球動力鋰電池廠商中有超過6成采用了方形電池結(jié)構(gòu)，代表車型包括三菱iMiEV，寶馬i3，豐田Pruis等；而特斯拉ModelS采用的松下18650型電池則是圓柱動力鋰電池的代表；軟包電池的占比高于圓柱，代表車型則是日產(chǎn)Leaf、通用雪佛蘭Volt、寶馬等，如表3所示，重要供應(yīng)商有日本AESC、LG化學、A123等。
近年來，國內(nèi)如東風、眾泰、北汽新能源、比亞迪等主流電動汽車企也紛紛開始嘗試軟包動力鋰電池，重要供應(yīng)商有ATL、多氟多、微宏動力、中航鋰電等，近期上海卡耐新能源、山東恒宇、蘇州宇量等很多公司也開始大力投建軟包動力鋰電池生產(chǎn)線。我們認為，隨著電池路線的發(fā)展，軟包在新能源汽車市場的滲透率將不斷提升，未來有望超過50%。6
3
儲能接棒，未來市場空間巨大
儲能改變了能源的使用方式，是未來新能源領(lǐng)域進一步發(fā)展的重要支撐。應(yīng)用項目重要集中在可再生能源并網(wǎng)、輔助服務(wù)、電力輸配和分布式微電網(wǎng)等領(lǐng)域。根據(jù)CNESA的統(tǒng)計，截止2015年，除抽水蓄能、壓縮空氣儲能、儲熱外，全球新技術(shù)儲能總裝機項目327個，累計裝機規(guī)模946.8MW，較2014年上升了12%。自2010年起，全球儲能項目累計裝機規(guī)模的上升速度趨于平穩(wěn)，2010-2015年復合上升率18%，項目的累計數(shù)量相對來說上升較快，2010-2015年復合上升率40%。其中，北美、歐洲、亞太地區(qū)是儲能項目開展較多的區(qū)域。國內(nèi)方面，截止2015年新技術(shù)儲能總裝機項目118個，累計裝機規(guī)模105.5MW，較2014年上升30%，占全球儲能項目累計裝機規(guī)模的11%，2010-2015年復合上升率為110%，是全球的六倍多，未來國內(nèi)市場空間非常廣闊。
我們預(yù)計在未來5～10年內(nèi)配網(wǎng)側(cè)和用戶側(cè)調(diào)峰調(diào)頻、分布式儲能、分布式風光儲等領(lǐng)域?qū)⒊蔀槿騼δ馨l(fā)展的熱點領(lǐng)域，隨著鋰電成本的降低，儲能市場有望快速啟動，接棒新能源汽車市場成為拉動鋰電需求的重要驅(qū)動力。就目前而言，LG和科陸電子達成合作，率先將軟包鋰離子電池用于儲能領(lǐng)域，未來市場空間巨大。
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高倍率軟包電池市場復合增速超過40%
過去5年高倍率軟包電池需求也保持著高速上升，重要包括航模、航拍無人機、玩具、電動工具、電子煙、汽車啟停電源、智能醫(yī)療設(shè)備、AGV機器人、特種用品等細分市場。
根據(jù)高工鋰電調(diào)研數(shù)據(jù)顯示，如圖4所示，2014年我國高倍率軟包鋰離子電池市場規(guī)模達到52億元，同比2013年上升49%，其中以深圳大疆為代表的的無人機市場對高倍率軟包鋰離子電池的需求拉動最為顯著，2015年高倍率軟包鋰離子電池市場規(guī)模預(yù)計約為75～80億元，相比2014年上升45%以上。
由于細分市場多，單個市場規(guī)模不大，目前高倍率軟包鋰離子電池整體競爭較為寬松，國內(nèi)重要供應(yīng)商有ATL、格瑞普、佛山實達、深圳海盈、西安瑟福、廣州豐江、廣州鵬輝等。
受益于終端市場的擴大，高倍率軟包電池銷量明顯提升，其中航拍無人機、汽車啟停電源、AGV機器人等新興市場關(guān)注度正逐步提升，預(yù)計未來還將保持高速上升趨勢。
就以上汽通過別克VELITE6所用的模塊化三元鋰離子電池組中的軟包電池為例，我們就能發(fā)現(xiàn)軟包電池作為車載動力鋰電池的與眾不同之處。首先來看看軟包電池是如何裝載到汽車身上的？
假如我們把VELITE6的電池組模塊拿出來單看，會發(fā)現(xiàn)電池外觀就是一個硬殼大包，和所謂軟包電池不符。其實啊，這個硬殼大包的內(nèi)部實為疊片式的軟包電池，一片片軟包電池如同撲克牌相同豎直排列在一起，當然工程師所做的并不是簡單地把它們放一起而已。
△圖示為一個MINI堆垛單元
據(jù)通用內(nèi)部工程師介紹，每兩片軟包電池組成一個所謂MINI堆垛單元的基礎(chǔ)。通過流水線焊接在一起。電芯與電芯之間由鋁制冷卻片隔開，冷卻液通過注水口注入，填充冷卻片上的毛細管，循環(huán)流動并帶走熱量。此外，也可以通過線圈加熱冷卻液，使電池升溫，即使在極端寒冷環(huán)境下，確保電池處于最適宜的工作溫度。
兩個軟包電池、一片毛細管冷卻片，再加上一個模組框架和一片隔熱泡棉，就組成了一個完整的MINI堆垛單元。而一個電池模塊總成由26個MINI堆垛單元組成。
△gif呈現(xiàn)的液冷-電芯堆垛示意圖
并且VELITE6有兩個電池模塊供應(yīng)動力源，所以其所用的軟包電池共計104個（2個軟包電池x26個堆垛單元x2個電池模塊）。和特斯拉車型上動不動就由幾千枚圓柱形電池組成的電池包比較，VELITE6的軟包電池在總電量方面不占上風。
但是在重量和安全性能方面，無疑軟包電池組是有優(yōu)勢的，并且VELITE6的電池包還有一個厲害的地方，那就是與之匹配的電池熱管理系統(tǒng)。
誠然，軟包電池的優(yōu)點眾多，但也有明顯缺陷，就是一致性比較差。所謂電池一致性指的就是電池組的綜合性能，因為電池在不同溫度下的熱耗率（每出現(xiàn)1kW•h的電能所消耗的熱量）是不相同的，這是由于電池內(nèi)部的化學反應(yīng)與溫度是密切相關(guān)的。
假如電池在絕熱或者高溫等熱傳遞不充分的內(nèi)部環(huán)境中運行，電池溫度將會顯著上升，從而導致電池組內(nèi)部形成熱點，最終可能會發(fā)生失控。
所以說，電池的一致性關(guān)于整個電池組的性能和壽命出現(xiàn)很大的影響。假如想把軟包電池成功應(yīng)用到電動汽車上并保持穩(wěn)定，就必須給它搭配非常牛的電池熱管理系統(tǒng)！
熱管理系統(tǒng)方面，相比于其他廠商模組級冷卻，VELITE6的軟包電池組采用了電芯級獨立液冷，電池組散熱冷卻循環(huán)分布到每個電芯單元，使得電芯溫差控制在2℃以內(nèi)，力求保證電芯的一致性。其實，說的更簡單一點，也就是上文提到的毛細管冷卻片……
其實這樣的做法和特斯拉的圓柱形電池組有異曲同工之妙，在特斯拉車型的電池組內(nèi)部，熱管理系統(tǒng)的本質(zhì)就是豎直排列的圓柱形電池被灌注水乙二醇的導熱鋁管所環(huán)繞，鋁管外還有一層橘黃色的絕緣膠帶。
△特斯拉ModelS電池組拆解結(jié)構(gòu)圖
只不過不同于別克VELITE6的主動式液冷系統(tǒng)，特斯拉散熱鋁管內(nèi)的冷卻液并不會流動！靠的是鋁管傳遞熱量來保持電池溫度的一致性，雖然是被動式冷卻，但是好在特斯拉的管理系統(tǒng)比較聰明，車輛很少會因為電池過熱出現(xiàn)問題。
