圆柱电池、方形电池、软包电池哪种才是软包动力电池池的未来?

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。从最近几年的市场发展趋势来看,软包电池的占比越来越高,专家预计未来软包电池的市场份额有望超过50%。

圆柱形电池:生产工艺成熟,产品良率高

圆柱型锂电池有诸多型号,比如,14650、17490、18650、21700、26500等。圆柱形锂电池生产工艺成熟,PACK成本较低,电池产品良率以及电池组的一致性较高;由于电池组散热面积大,其散热性能优于方型电池;圆柱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。但圆柱形电池一般采用钢壳或铝壳封装,会比较重,比能量相对较低。目前中、日、韩、美等都有成熟的生产企业,比如SANYO、SONY、LG、万向A123等。

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Model 3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”。

方形硬壳电池:型号太多,工艺统一难

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,对电芯的保护作用优于于铝塑膜电池(即软包电池),电芯安全性相对圆柱型电池也有了较大改善。

锂电池铝壳在钢壳基础上发展而来,与钢壳相比,轻重量和安全性以及由此而来的性能优点,使铝壳成为锂电池外壳的主流。锂电池铝壳目前还在向高硬度和轻重量的技术方向发展,这将为市场提供技术更加优越的锂电池产品。目前,生产方形硬壳电池的企业有国轩高科、三星SDI、力神、宁德时代等。

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。

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动力电池按封装形式分类,为方形、软包、圆柱三足鼎立。目前,方形电池和软包电池后来居上,超越圆柱,位列前二。但三者仍在暗中较劲。

方形电池凭借其内阻小、循环寿命长、封装可靠度高、耐受性好、成组相对简单、系统能量效率高等优势,已牢牢占据动力电池技术路线的首位:统计数据显示,2016年国内圆柱、软包、方形锂电池产量分别为13.92GWh、21.64GWH、28.14GWh,占比分别为21.85%、33.97%、44.17%。

今年以来,动力电池企业更是纷纷加大布局方形电池:圆柱动力电池企业开始布局方形电池,而方形电池企业也在调整产品尺寸,研发大容量电池。

国外生产方形动力电池的企业有日韩电池三巨头之一的三星SDI等,国内企业有比亚迪、宁德时代、国轩动力、亿纬锂能、力神、中航锂电、迈科新能源、中天科技、力信能源、南都电源、哈尔滨光宇、骆驼电池等。

为给行内同仁提供参考,我们将产品类型为方形电池、且有产能规划的部分动力电池企业汇总如下:

三星SDI:实力雄厚的国际动力电池企业,正极使用三元材料,封装形式以方形为主。三星SDI动力电池正极材料采用三元NCM和NCA材料。2016年,三星note7频发电池爆炸事件,引发世界关注,而其电池正是由三星SDI生产制造,三星SDI因此在消费锂离子电池领域失去众多订单,但对动力电池业务影响不大。

随着特斯拉掀起21700电池风潮,三星也在跟进计划推出相同型号电池,旨在进一步扩大市场,同时积极跟进21700电池的生产。三星SDI在匈牙利格德的电池工厂当前也已建设完工,但到2018年第二季度才会正式投产,预计投产后年产能可满足5万台电动车的需求。

除了明年投产的匈牙利电池工厂,三星SDI在韩国蔚山和中国西安也建有动力电池生产基地,其中韩国蔚山的工厂投产最早,当前主要为宝马I3和I8提供动力电池。西安工厂三星环新是有三星SDI和安庆环新的合资动力电池生产基地,当前年产能可满足4万台电动车的需求。

三星SDI动力工厂分布

比亚迪:中国最早崛起的锂电池品牌,同时也是中国动力电池的老大。动力电池以方形铝壳为主,正极材料以磷酸铁锂为主,也一直在进行三元电池的研发及技术储备,预计会在明年新上市的乘用车中使用三元电池。

得益于一直专攻磷酸铁锂路线,比亚迪在磷酸铁锂方面的技术实力非常成熟,目前单体能量密度达到130Wh/kg,规划18年将达到160Wh/kg,到2020年期望达到200Wh/kg,基本接近理论极限。

比亚迪拥有惠州、坑梓两个动力电池生产基地,目前共有10Gwh的产能,比亚迪将会扩建坑梓基地6Gwh的产能,预计今年年内将会达产。16年,比亚迪在青海也建设了年产10GWh动力锂电池项目、年产2万吨动力电池材料生产及回收项目,未来的锂电产业将进一步发展壮大。

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摘要: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安全、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。

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。圆柱和方形电池的外包装多为钢壳或者铝壳。软包外包装为铝塑膜,其实软包也是一种方形,市场上习惯将铝塑膜包装的称为软包,也有人将软包电池称为聚合物电池。

不同的封装结构意味着不同的特性,它们各有优缺点。


根据真锂研究数据2016年中国电动汽车市场装机总况(表1)显示,方形电池装机量18.5Gwh占比66.9%,其中乘用车装机5.3Gwh,客车装机12.1Gwh。总的来说,方形电池的主要应用还是在客车上。随着中国政府补贴下滑,方形电池的市场占比会出现下滑。真锂研究认为未来方形电池的市场占比会下滑到30%


2016年中国电动汽车市场电池装机总况(单位:kWh)(表一)

圆柱方面,随着特斯拉将21700应用在model3,中国电池企业也掀起了一波”21700”的热潮。表一显示圆柱电池装机量5.6Gwh占比20.2%,其中乘用车装机1.69Gwh,客车装机1.92Gwh,专用车装机1.92。总的来说,圆柱电池以其成本低、一致性好的优势,市场占比会稳定在20%~30%之间。

软包方面,因其容量大,重量轻的特点,市场占比预估会超越方形电池。目前中国生产软包电池的企业有多氟多、中航锂电、万向、中信国安、微宏动力等。统计显示2016年国内圆柱、软包、方形锂电池产量分别为13.92Gwh、22.99 Gwh、26.64 Gwh,占比分别为21.9%、36.2%、41.9%。软包电池的产量已经可以和方形媲美。而且随着新能用汽车新补贴政策的出台,电池的系统能量密度成为一项重要考核指标。比如,补贴新政要求纯电动客车续驶里程不低于200公里、电池系统能量密度要高于85Wh/kg、电池系统总质量占整车整备质量比例不高于20%,这些都说明补贴向着重量更轻、续航里程更高的三元电池方向转变。三元软包电池容量较同等尺寸规格的钢壳锂电高10~15%、较铝壳电池高5~10%,而重量却比同等容量规格的钢壳电池和铝壳电池更轻,因此,补贴新政对三元软包电池更有利。真锂研究预测未来软包电池的市场占比会超过50%.

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