方形、圆柱、软包的动力电池各自优缺点是什么？未来会以哪种技术路线为主？

硬壳封装的优点就是成组结构相对简单，散热较好，但是单体电芯能量密度没有软包高。软包封装优点则是电芯能量密度高，但因为机械强度差，成组结构复杂，散热设计不易，且不好设计防爆装置。下图是2020年，国内的不同封装形态锂电池比例。

方形电芯占据了77.37%，占据了第一的位置。圆柱形电池占据了16.97%，而软包则只有5.66%的比例。

圆柱形硬壳封装

圆柱形锂电池有着最悠久的商业化历史和最大规模的商业运用，可以说各个领域都能见到它们的身影，所以圆柱形锂电池的工艺最为成熟，产品良品率最高，一致性也是最好的。

且因为电池小，电池组的散热面积大，成组后的散热性能优于方形电池。但圆柱体锂电池的缺点也是因为电池小，所以成组的工艺复杂，相对的系统能量密度也赶不上同体积的方形电芯。另外因为电芯众多，动辄一个电池包就是几千个电芯，即便是特斯拉将推出的超大4680电芯，密密麻麻的近千个电芯组成的方阵，也足以让密集恐惧症人产生不适了。而BMS是要求对单电芯进行管理，所以对于BMS的算力、管理要求会更高。

圆柱体锂电池还有一个优点，就是内压承受力因为均匀分布的关系，可以比方形电池更能抗内压，这也是为什么充放电容易产气的NCA采用了圆柱形电芯的原因之一，如果要是采用方形电芯的封装方式，很容易产生局部鼓胀变形，造成安全隐患。

圆柱体锂电池在摆放的时候，势必产生空隙，设计好的方形电芯成组的空间利用率可以达到80%以上，而4680圆柱体+CTC的成组空间利用率大概只有70%以上。

方形硬壳电芯

壳体采用铝合金、不锈钢等材料，结构强度高，承受机械载荷能力好。成组结构简单，系统能量密度相对较高。但如果采用钢架构，会导致电芯偏重，影响能量密度。且方形电芯的制作工艺比较复杂，良品率和一致性比不上圆柱形锂电池。

普通的方形电芯

比亚迪刀片电池虽然用的叠片工艺，但封装也是方形铝壳。

方形电芯散热好，成组方式简单易设计，系统能量密度相对较高，且方便设置防爆阀，更加安全。

软包电芯

软包电芯常用铝塑膜作为外壳，尺寸变化灵活，成本低，单电芯的能量密度比圆柱/方形电芯都要高。但是因为是软包，所以机械强度较弱，封口工艺较难，特别是成组困难，后期成组散热设计也复杂，防爆装置也很难加在电芯上。所以现阶段的软包动力电池的安全性真的值得考量。

对于工艺来说，软包的制作要求较高，且一致性较差，导致如果用作动力电池成组，制造成本也较高。

实际软包电芯更适合未来的固态电池，因为成熟的固态电池拥有良好的热稳定性，不燃也不易爆。

现在软包电芯在国内也很少作为汽车的动力电池，而是在3C数码里面攻城略地。因为一个手机一个软包电芯，不用考虑一致性的问题。而汽车动力电池的电芯要成组，一致性不高的电芯，容易在长期使用中出现安全隐患。

最后还是说下我们常用的方形电芯，实际封装是外壳，电芯内在特性还是要看是叠片工艺还是卷绕工艺，两者的优缺点也都很明显。

比如传统的方形电芯都是采用的卷绕方式。

将电池的阴极片、隔膜、阳极片、隔膜，四层一起，像以前那种口香糖卷法一样的卷起来。

卷绕结构优点就是加工成本低，无论是人工、半自动、全自动的卷绕，都容易做到高效又高质。但卷绕结构因为市场化较早，也比较成熟，导致了尺寸固定（机器设备、模具固定），如果要定制化尺寸，需要前期投入的成本非常高。

还有一种方形电芯，用的叠片结构。

顾名思义，叠片结构就是隔离膜，阳极片、阴极片层叠而成。叠片结构电芯比卷绕结构的电芯内阻要低。因为极片膨胀因素，叠片的充放电功率更良好。叠片利用率更高，装入的极片面积更大，能量密度也更高。

但缺点就是叠片结构的内部短路风险大，加工时候不像卷绕工艺那样只需两个切边，容易控制毛刺和对齐。叠片结构需要四个切边，不易控制，合格率相对较低，加上需要高精密度的半自动或全自动设备来控制切边，所以设备成本和产出成本偏高。而且即便是机器来叠片和卷绕，高速卷绕比高速叠片要更容易低成本实现。

比亚迪的刀片电池采用的就是大尺寸叠片工艺。

比亚迪将正极片、负极片、先模切裁断成单片，在隔膜中按照设定的层数叠成极芯，并通过热压将极片与隔膜固定。极片长度约1000mm，条状的正负极片，需要有序地插入折叠隔膜里，这对工艺要求是十分苛刻的——极片需要平整地插入，同时要保证插入的深度，需要刚刚好。

而叠片工艺的好处还有一个就是可以方便定制化尺寸大小，厚度的范围宽泛，可以做得厚，也可以做得很薄，还可以做成异形。

那么哪种方式代表未来呢？

从现阶段来看，用叠片内结构来提升电芯能量密度，用硬壳来提升电池包的机械强度，用CTP/CTC/CTB来进行高度集成化，用电芯本身的机械强度来置换原本的模组/PACK的保护，从而提升电池的系统能量密度。这应该是未来3-5年乃至更长时间的发展方向。至于软包固态电池 作为动力电池，可能就在更遥远的未来了。

（文章来源：工艺制造装配技术联盟）

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