鉅大LARGE | 點擊量:525次 | 2023年10月08日
圓柱/方形/軟包鋰電池的時代風(fēng)云錄
動力鋰電池采取的封裝結(jié)構(gòu)目前重要有三種,即圓柱、方形、軟包。
那么,當(dāng)電解液變成固態(tài)之后,動力鋰電池采取哪種封裝結(jié)構(gòu)更合適?
目前,圓柱電池只能采用卷繞結(jié)構(gòu),而極片和隔膜不可能在固態(tài)電解液中實現(xiàn)卷繞,因此圓柱電池肯定不合適。
方形電池采用疊片結(jié)構(gòu)封裝。由于固態(tài)電池不再使用液態(tài)電解液,因此沒必要用方形硬殼進行封裝保護。所以,方形也不是最佳選擇。
軟包鋰電池也采用疊片結(jié)構(gòu)封裝。新的封裝形態(tài)誕生之前,理論上軟包鋰電池是固態(tài)電池最理想的封裝形式。
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壹
圓柱電池時代:索尼最先松下為王
最先發(fā)展圓柱電池的是索尼,只是由于對市場發(fā)展的誤判,以及業(yè)務(wù)虧損的緣故,最后沒能發(fā)展起來。
索尼之后,發(fā)展圓柱電池,且做出一番成就的是松下。
自此,松下開啟了動力鋰電池界圓柱電池時代。
1996年,松下和豐田合資成立PEVE,主營圓柱形電池。
1997年,第一代普銳斯上市,裝載的動力鋰電池正是松下生產(chǎn)的圓柱形鎳氫電池。
1998年,松下生產(chǎn)的18650圓柱電池裝配在了世界上多個品牌的筆記本電腦上,松下由此成為了行業(yè)龍頭。
2009年,由于在手機、平板電腦上押注失敗,松下首次出現(xiàn)虧損,品牌認(rèn)知度下降,因此迫切要新的業(yè)務(wù)扭轉(zhuǎn)局勢。
由此,拉開了松下和TSLA長達十年之久的合作序幕。
松下和TSLA的合作,開創(chuàng)了純電動汽車圓柱電池時代。
TSLA之所以選擇圓柱電池,想來根本原因在于這種封裝工藝的成熟、量產(chǎn)歷史悠久,以及一致性較高。
2014年,松下實現(xiàn)2.7GWh的動力鋰電池出貨量,其中TSLA所用圓柱電池2.6GWh,占全球動力鋰電池市場份額的22%。
2015年,TSLA全球銷量超過5萬,直接拉動了松下圓柱電池的營業(yè)額,使其出貨量達到了4.5GWh。同年,我國新能源汽車銷量開始暴增,直接拉了動力鋰電池出貨量。
2016年,TSLA繼續(xù)保持了超過50%的增幅,全球銷售汽車7.6萬輛,同期松下圓柱電池出貨上升60%,達7.2GWh。
此外,我國圓柱形動力鋰電池公司開始放量。
2017年,TSLA年銷量突破10萬輛,為松下貢獻近10GWh的圓柱電池訂單。
2018年,松下出貨量全球占比20.75%。
2019年一季度,國內(nèi)動力鋰電池總裝機量為12.32GWh,圓柱電池裝機量1.01GWh,同比上升44%。
貳
方形電池時代:三星SDI開啟
方形電池最大的特點在于形狀規(guī)整。和圓柱電池相比,方形電池包的空間利用率高;和軟包鋰電池相比,由于是硬殼,所以成組難度較小。
假如說是松下開啟了動力鋰電池圓柱電池時代,那么方形電池時代,則是由三星SDI開啟的。
1999年,三星SDI進入電池領(lǐng)域。
2000年,三星SDI開始布局動力鋰電池。
2008年,寶馬開始在全球考察動力鋰電池供應(yīng)商,為的是布局新能源汽車研發(fā)。
三星SDI抓住時機和博世合資成立了動力鋰電池公司SBLimotive。博世和寶馬有著半個多世紀(jì)的合作關(guān)系,是其最重要的核心供應(yīng)商。
2009年,寶馬推出搭載三星SDI方形電池的純電動汽車Megacity。
由此,三星SDI通過博世進入了德國動力鋰電池供應(yīng)鏈,自此打開了動力鋰電池市場。
2013年,三星SDI和寶馬簽訂長期合作協(xié)議,成為寶馬核心供應(yīng)商;之后又和大眾、奧迪、保時捷等車企合作。
同年,第二代普銳斯上市,為優(yōu)化電池包內(nèi)部空間,提升系統(tǒng)能量密度,普銳斯將圓柱電池被換成了方形鎳氫電池。
2014年,我國新能源市場在政策的強烈刺激下迎來爆發(fā),由此導(dǎo)致方形電池占據(jù)了全球動力鋰電池市場的最大份額。
2015年,我國新能源汽車銷量繼續(xù)扶搖直上,同比暴增343%,達到33.11萬輛,直接拉動了國內(nèi)動力鋰電池出貨量。
由此,比亞迪以出貨量3GWh直接攀升至全球第二,CATL以出貨量2.2GWh,躍到國內(nèi)第二。
2016年,比亞迪以動力鋰電池裝機量7.35GWh,出貨量排國內(nèi)第一;CATL以動力鋰電池出貨量6.72GWh,排國內(nèi)第二。
此外,三星SDI憑借著寶馬i系列在全球的熱銷,出貨量突破1GWh,達到1.2GWh。
自此,方形電池全球市占率增至64%。
2017年,我國新能源汽車市場完成77.7萬輛,CATL動力鋰電池以銷量11.85GWh,出貨量成為全球第一。
同年,三星SDI憑著寶馬近10萬的新能源車銷量,實現(xiàn)一倍多的上升率,出貨量達到2.8GWh。
2018年,CATL動力鋰電池銷量達21.18GWh,出貨量排名全球第一,市場占比達22.64%。
參
軟包時代:LG化學(xué)集大成者
軟包鋰電池?fù)碛兄亓枯p、電池容量大、安全性能好、循環(huán)性能好、循環(huán)壽命長、內(nèi)阻小、整車適配性高、排布方式靈活等多項優(yōu)勢。
由于體積和形狀的靈活多變,受到插電式混合動力車型的偏愛,現(xiàn)代、雷諾日產(chǎn)、通用和沃爾沃旗下的插混車型,都采用的是軟包鋰電池。
2007年,日產(chǎn)和NEC合資成立了動力鋰電池公司AESC,將用在手機產(chǎn)品上的軟包鋰電池,做到了符合車規(guī)級標(biāo)準(zhǔn)。
2010年,純電動汽車日產(chǎn)Leaf推出后,大受歡迎;此后,其配備的動力鋰電池正是AESC生產(chǎn)的軟包鋰電池。
2014年,AESC成為出貨量最多的軟包鋰電池供應(yīng)商。
軟包鋰電池的集大成者,當(dāng)屬LG化學(xué)。
LG化學(xué)是一家同時具備化學(xué)品和材料基礎(chǔ)的電池公司,不僅能實現(xiàn)部分三元材料的自給自足,其隔膜技術(shù)更是一絕。
LG化學(xué)在軟包鋰電池領(lǐng)域積淀多年,為了充分利用電子設(shè)備的內(nèi)部空間,研發(fā)出了世界上第一款階梯式和六角形軟包鋰電池。
2009年,LG化學(xué)將軟包鋰電池應(yīng)用到了現(xiàn)代混合動力汽車上,由此正式進入了動力鋰電池市場。
2010年,通用正式推出第一款量產(chǎn)新能源汽車雪佛蘭Volt,配備的動力鋰電池正是LG化學(xué)所產(chǎn)的軟包鋰電池。
2014年,LG化學(xué)動力鋰電池出貨量達到1.5GWh,位列全球第三。
2017年,雪佛蘭Volt和Bolt突破5萬的裝機量。由此,LG化學(xué)軟包鋰電池出貨量實現(xiàn)4.5GWh。
此外,孚能科技和國能等軟包動力鋰電池公司開始崛起。
2015到2017三年,軟包鋰電池在全球動力鋰電池市場經(jīng)歷了先降后升的過程。
2018年,全球軟包動力鋰電池出貨量同比上升73.8%,達23.1GWh,其中我國軟包動力鋰電池出貨量同比上升48.0%,達10.1GWh。
鏈接:不同類別的產(chǎn)業(yè)發(fā)展實踐
根據(jù)不同的封裝形式,電池被劃分成了圓柱電池、方形電池和軟包鋰電池。那么,三種電池都有什么優(yōu)勢和劣勢?
圓柱電池發(fā)展時間長,技術(shù)也最為成熟,其標(biāo)準(zhǔn)化程度較高。且因為在封裝時各個電芯間有較大的空間,所以圓柱電池在散熱方面有很大的優(yōu)勢,許多搭載圓柱電池的車型都采用了成本更低的風(fēng)冷技術(shù)。
但搭載電池數(shù)量過多也是個問題,即便使用了高能量密度電池的車型,也要將幾千節(jié)圓柱電池放在一起,這有關(guān)車輛的電池管理系統(tǒng)提出了更高的要求。
此外,由于圓柱電池在組合成電池組時需采用鋼殼,所以其重量相對較高,理論上圓柱電池的能量密度要比其他兩種電池更低。
方形電池結(jié)構(gòu)簡單,重量較輕,生產(chǎn)工藝不復(fù)雜,因此普及率很高。此外,方形電池不像圓柱電池采用強度較高的不銹鋼作為殼體,所以能量密度理論上比圓柱電池的能量密度要高。
但由于方形電池一般都是進行定制化設(shè)計,所以導(dǎo)致方形電池的生產(chǎn)工藝很難統(tǒng)一,標(biāo)準(zhǔn)化程度較低。
軟包鋰電池布局靈活性,采用疊加的制造方式,在體積上相比于其他兩類電池更加纖薄,所以它的能量密度在理論上是三種電池中最高的。
但由于軟包鋰電池內(nèi)部為疊加式設(shè)計,要在每兩片電池中間加上一層薄片,薄片中會充滿液體,通過加熱或制冷從而保證電池處于最適宜的工作溫度,因此要更加復(fù)雜的電池控制系統(tǒng)。
電芯能量密度方面,理論上軟包鋰電池最高,方形電池次之,圓柱電池最小。但就目前技術(shù)而言,不能一概而論。
在新能源汽車市場,圓柱、方形、軟包三種電池均有車型搭載,因此并沒有絕對的優(yōu)劣之分。但是若論時代劃分,日韓公司明顯占據(jù)了領(lǐng)先優(yōu)勢。