鋰離子電池工作原理

在介紹電池形狀之前，我們先來簡單了解一下鋰離子電池的工作原理。鋰離子電池是一種二次電池（充電電池），它重要依靠鋰離子在正極和負(fù)極之間移動來工作。在充放電過程中，鋰離子在兩個電極之間往返嵌入和脫嵌。充電時，鋰離子從正極脫嵌，經(jīng)過電解質(zhì)嵌入負(fù)極，負(fù)極處于富鋰狀態(tài)，放電時則相反。下面我們就分別來看看這三種不同的電池形狀各自的優(yōu)勢和劣勢。

圓柱電池

首先我們要說的就是目前最為流行的圓柱電池。早在1992年，日本SONY公司就研發(fā)出了18650電池。目前的圓柱形電池，可分為14650、18650、21700等型號，這是由電池尺寸命名的電池名稱。相信18650和21700這兩種電池大家都聽說過，18650是目前市面上最為常見的電池型號，也是技術(shù)最為成熟的一種，而21700則是特斯拉近年來主推的新型電池。單節(jié)圓柱形電池的尺寸變得更大一些，電量也更多一些。如此一來，電芯的數(shù)量得以大幅減少，使得車輛在電池系統(tǒng)的控制方面更為得心應(yīng)手。

先來說說圓柱形電池的優(yōu)勢。首先在經(jīng)過了多年的發(fā)展后，圓柱形電池的標(biāo)準(zhǔn)化程度較高，容易在行業(yè)內(nèi)實(shí)現(xiàn)統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)。另外圓柱形電池在散熱方面也有著先天的優(yōu)勢，封包時圓柱與圓柱之間形成了很好的散熱空間，所以部分搭載圓柱形電池的車輛采用了成本較低的風(fēng)冷技術(shù)。

當(dāng)然，圓柱形電池也有劣勢。關(guān)于采用圓柱形電池的車輛來說，不可防止的要面對大量電池單體所帶來的電池控制問題，畢竟即便是采用21700電池也要將幾千枚圓柱電池放在一起形成電池包，數(shù)量非常龐大。另外由于圓柱形電池在組合成電池組時需采用鋼殼，所以其重量相對較高，能量密度相較于另兩種形狀的電池有所不足。

在電池形狀上，圓柱形電池的電池組大多也只能采用矩形布局，并安裝在車輛的下方，方法比較單一，因?yàn)檫@樣才能保證電池組不會影響整車的前后配重，但對車輛的離地間隙和車廂內(nèi)的地臺高度都會有影響。而一些選擇將電池組放置在后備廂下方的混動車型，雖然在重量分配上得到了平衡，但同樣犧牲了后備廂空間。

方形電池

下面來說說方形電池。方形電池的可塑性會更強(qiáng)一些，可以根據(jù)搭載產(chǎn)品的具體需求而進(jìn)行定制化的設(shè)計(jì)。這也導(dǎo)致了大小不一，目前無論制造工藝或者應(yīng)用標(biāo)準(zhǔn)，并沒有圓柱形電池那樣清晰的標(biāo)準(zhǔn)劃分。但也正因?yàn)槠潇`活性高，曾經(jīng)長時間的應(yīng)用在早期的新能源汽車中，車企可以根據(jù)車型需求而對方形電池尺寸進(jìn)行定制化設(shè)計(jì)。方形電池也曾經(jīng)被認(rèn)為是最適合新能源汽車應(yīng)用的電池設(shè)計(jì)。其實(shí)市面上很多方形電池組，雖然名義是方形電池，但是內(nèi)部本質(zhì)還是接下來要說的軟包電池。

軟包電池

軟包電池因?yàn)椴捎昧睡B加的制造方式，所以體積更加纖薄，能量密度最高，這也比較符合我國新能源車市場的發(fā)展趨勢。另外，軟包電池同樣可以根據(jù)不同需求進(jìn)行定制。因?yàn)槠潴w積的可控性同樣被汽車品牌所看重，尤其是關(guān)于混合動力車型來說，在要同時考慮整車布局和重量時，軟包電池的優(yōu)勢就更加明顯。軟包電池組還采用了比鋁外殼重量更輕的鋁塑膜包裝，進(jìn)一步提升了整個電池組的能量密度。

在電池組的造型方面，軟包電池也有著不小的優(yōu)勢，同樣可以定制的軟包電池在形狀上有著更多的想象空間，變化更多，不止局限于矩形。可以組成小型電池組放置在后備廂下方，也可以做成T字形布局。

雖然軟包電池的優(yōu)點(diǎn)眾多，但也有明顯缺陷，就是一致性較差，也就是電池組的綜合性能。因?yàn)殡姵卦诓煌瑴囟认碌臒岷穆适遣幌嗤模@是由于電池內(nèi)部的化學(xué)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(yùn)行，電池溫度將會顯著上升，從而導(dǎo)致電池組內(nèi)部形成熱點(diǎn)，最終可能會發(fā)生失控。這也意味著軟包電池要更加復(fù)雜的電池控制系統(tǒng)。

軟包電池外觀和其他兩種電池相同是一個硬殼大包，和所謂的軟包不符。其實(shí)，這個硬殼大包的內(nèi)部為疊片式的軟包電池，一片片軟包電池豎直疊放在一起，當(dāng)然工程師所做的并不是簡單地把它們放一起而已。每兩片電池中間要加上一層冷卻片，冷卻液通過注水口注入，填充冷卻片上的管路，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。

軟包電池要面對的另一個問題就是鋁塑膜的使用。現(xiàn)階段鋁塑膜技術(shù)成本高且國產(chǎn)技術(shù)水平有限，大部分鋁塑膜要依靠進(jìn)口。另外關(guān)于疊片技術(shù)工藝的把控上也有著不小的難度，更高的難度關(guān)于品控是很大的考驗(yàn)，而一旦出現(xiàn)品控問題會直接影響電池壽命以及使用安全。

總結(jié)：在目前的新能源車市場中，圓柱、方形、軟包三種電池均有廠家使用，各占一席之地，并且三者在現(xiàn)階段并沒有絕對的好壞之分，只能說是各有優(yōu)劣。圓柱形電池由于發(fā)展時間較長，所以在一致性上有著不小的優(yōu)勢，同時其制造工藝也更加成熟，成本較低。不過在電池布局以及能量密度方面，圓柱形電池都還有著進(jìn)一步的提升空間。而關(guān)于方形電池和軟包電池來說，雖然其在標(biāo)準(zhǔn)化層面很難做到與圓柱電池相媲美，但其可以實(shí)現(xiàn)定制化的特點(diǎn)使其能夠更好地與車輛相協(xié)調(diào)，能夠滿足不同廠商不同車型的特殊需求。可以說三種電池形狀各有優(yōu)勢。

就目前的形勢來看，軟包電池似乎更加符合政策要求。隨著國內(nèi)新能源汽車補(bǔ)貼標(biāo)準(zhǔn)對電池能量密度提出了更高要求，軟包技術(shù)成為了電池實(shí)現(xiàn)輕量化和高密度化的重要手段，今年年初寧德時代、力神、國軒高科三家承擔(dān)新型鋰離子動力鋰電池項(xiàng)目的公司，均選擇了軟包電池技術(shù)路線。當(dāng)然這也并不意味著未來將成為軟包電池的天下，只能說在目前的條件下，采用軟包電池是提升能量密度的最便捷方式，而究竟哪種電池才是未來的最終解決方法，還要看接下來的技術(shù)發(fā)展。