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[導讀]方形鋰電池(Square lithium battery)是一款電池,鋰離子電池按外形分為方形鋰電池(如常用的手機電池電芯)、柱形鋰電池(如18650、18500等)和扣式鋰電池;鋰電池按外包材料分為鋁殼鋰電池、鋼殼鋰電池、軟包電池;按正極材料分為鈷酸鋰、磷酸鐵鋰、錳酸鋰、鋰聚合物。

方形鋰電池(Square lithium battery)是一款電池,鋰離子電池按外形分為方形鋰電池(如常用的手機電池電芯)、柱形鋰電池(如18650、18500等)和扣式鋰電池;鋰電池按外包材料分為鋁殼鋰電池、鋼殼鋰電池、軟包電池;按正極材料分為鈷酸鋰、磷酸鐵鋰、錳酸鋰、鋰聚合物。

在2011年,松下申請了方形鋰電池單體的專利,其是在封口板設(shè)置低強度部來進行吸能的。由此也可以看出,方形鋰電池是松下以后的研發(fā)方向。增加強度這個技術(shù)路線從電池類型來看,主要分為3個階段:第一階段為2000年以前,第二階段為2000-2010年,第三個階段為2010年以后。其中第一階段的電池類型為鎳氫電池,相應(yīng)的技術(shù)路線為對鎳氫電池組殼體的端子的加強和對極柱的加強。隨著鋰離子電池逐漸成為行業(yè)的專利申請熱點,松下第二階段的電池類型主要是涉及“18650”型鋰離子電池的殼體的研究。在這個階段,相應(yīng)的技術(shù)路線為鋰離子電池單體殼體加強以及鋰離子電池組的端板加強。松下在第三階段的電池類型涉及方形單體電池,其技術(shù)路線涉及方形單體電池端子加強。方形鋰電池可能是松下以后的研發(fā)方向。

方形、圓柱、軟包是主流的動力電池三大封裝方式。圓柱電池:通常將正負極與隔膜被卷 繞到負極柱上,以鋼殼或鋁殼進行封裝,之后注入電解液,再封口;方形電池:通常使用 卷繞或者疊片制造,是目前市場占比最高的產(chǎn)品結(jié)構(gòu);軟包電池:通常采用鋁塑膜包裝, 即在液態(tài)鋰離子電池套上一層聚合物外殼。常使用卷繞或者疊片制造。目前圓柱卷繞應(yīng)用 的車型有 Tesla Model 3 等;方形卷繞應(yīng)用的車型有大眾 ID4 等;方形疊片應(yīng)用的車型有比 亞迪 漢等;軟包卷繞應(yīng)用的車型有奔馳 EQC 等;軟包疊片應(yīng)用的車型有通用 VELITE 6 等。

三種封裝形式的電池各有優(yōu)劣。圓柱單體能量密度較低,模組需要電芯較多,重量較高, 突出特點是一致性好、生產(chǎn)效率高和成本低;方形電池是國內(nèi)的主流封裝形式,能量密度較高,突出特點是成組效率為三種形式中最高,但一致性低;軟包電池的性能最好,但其 在國內(nèi)應(yīng)用較少,主要因一致性低、鋁塑膜依賴進口、成本高。

軟包時代:LG 化學為集大成者。1999-2000 年:軟包電池開始在汽車上試用;2007 年: AESC 將用于手機產(chǎn)品的軟包電池做到了車規(guī)級標準;2009 年:LG 化學與現(xiàn)代共同推出 首款現(xiàn)代 Avante 以及 Forte 電動車;2010 年:搭載軟包電池的純電動車日產(chǎn)聆風暢銷, 通用推出雪佛蘭 Volt,配備 LG 軟包電池;2017 年:雪佛蘭 Volt 和 Bolt 突破 5 萬的裝機量; 2020 年:LG 軟包電池配套的雷諾 Zoe、現(xiàn)代 Kona 等車型暢銷;2021 年:雷諾集團發(fā) 布全新車型 Limo,搭載孚能科技軟包電池。

方形時代:三星 SDI開啟,國內(nèi)寧德、比亞迪接棒發(fā)揚光大。1999 年:三星 SDI 進入電池 領(lǐng)域;2000 年:三星 SDI 布局動力電池;2008 年:比亞迪全球首款量產(chǎn)的 PHEV 在中國 上市,搭載方形鐵電池;2009 年:寶馬推出 Megacity,搭載三星 SDI 的方形電池;2013 年:第二代普銳斯將圓柱電池換成方形鎳氫電池;2014 年:華晨寶馬為中高端第一款,搭載寧德時代的方殼電池;2016 年:搭載 SDI 方形電池的寶馬 i 系列在全球的熱銷;2020 年:比亞迪推出刀片電池,首次用在比亞迪漢EV,連續(xù)月銷破萬。 圓柱時代:索尼最先,松下綁定特斯拉為王。1994 年:索尼生產(chǎn)圓柱 18650;1997 年: 全球首輛混合動力汽車豐田普銳斯搭載松下圓柱鎳氫電池;1998 年:松下 18650 圓柱電池 裝配全球筆記本電腦;2008 年:松下為特斯拉獨家提供 18650 圓柱鋰電池。2015 年:特斯拉全球銷量超過 5 萬,拉動松下圓柱電池出貨量達 4.5GWh;2017 年:特斯拉年銷量突破 10 萬輛,為松下貢獻 10GWh 的圓柱電池訂單;2020 年后:特斯拉 model3、modelY 為爆款,帶動圓柱電池份額提升。

9月14日,據(jù)韓媒TheElec報道,LG新能源(LG Energy Solution)最近取消了方形電池的開發(fā)。今年早些時候,該公司開始對該產(chǎn)品是否可行進行審查,但最近得出結(jié)論:從商業(yè)角度來看,它是不可行的。同時,LG新能源專注于制造軟包電池,它還生產(chǎn)圓柱形電池,但其用于電動汽車和儲能系統(tǒng)的電池大多是軟包電池。

根據(jù)不同的封裝形式,鋰離子電池被劃分為圓柱電池、方形電池和軟包電池。近年來,以寧德時代(300750)、比亞迪(002594)為代表的方形電池大行其道,而軟包電池則不斷式微。華經(jīng)產(chǎn)業(yè)研究院的數(shù)據(jù)顯示,憑借電池封裝可靠度高和系統(tǒng)能量效率高等優(yōu)點,2017年到2022年,方形電池在中國動力電池市場的份額從57.5%增長至86.4%,而軟包電池從15.3%降至7.3%,圓柱電池從27.2%降至6.2%。

雖然圓柱電池市占率也在大幅下滑,但是隨著特斯拉(TSLA)4680大圓柱電池的發(fā)布,聲勢也在不斷壯大。在這樣的大趨勢下,孚能科技是國內(nèi)前十動力電池生產(chǎn)商中,唯一一家仍在堅守三元軟包路線的企業(yè)。

在王瑀接受此次采訪前,孚能科技推出了過去4年的研究成果——動力電池解決方案SPS(Super Pouch Solution),再次把在國內(nèi)被邊緣化的軟包電池帶入了大眾視野。

作為動力電池的全新解決方案,孚能科技方面稱,SPS并非只是系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計創(chuàng)新,而是集大軟包電芯、大軟包電池系統(tǒng)、大軟包電池制造和直接回收四大創(chuàng)新技術(shù)于一體。

在主要指標方面,采用大軟包電芯臥式布置設(shè)計的孚能科技SPS,能使電池系統(tǒng)部件減少50%,材料成本降低33%,體積利用率提升至75%。這樣的體積利用率比方形的寧德時代麒麟電池高出3個百分點,比4680圓柱電池高出12個百分點。除此之外,SPS與4680電池相比,擁有后者3倍循環(huán)壽命,導熱效率也提升了60%。

單從指標上看,孚能電池SPS并不弱于“大廠之作”,但相比圓柱和方形電池,軟包電池工藝更為復雜,設(shè)備需要重新開發(fā),這也導致軟包電池產(chǎn)能提升較慢,生產(chǎn)成本較高。

即便如此,王瑀依舊認為,軟包疊片是最適合未來發(fā)展趨勢和產(chǎn)品需求的技術(shù)路線,他在采訪中指出,從第一性原則分析,一款電池可以滿足未來汽車的要求,首先要做到可控,要確保所有的極片在使用過程當中理想化地放在一起,而這樣的要求只有軟包電池能保證。

據(jù)悉,方形電池是把材料放在金屬罐里,是圓柱形電池的替代版本。三星 SDI、寧德時代和比亞迪都制造這種類型的電池,Northvolt Toshiba、Morrow Batteries、Verkor、Britishvolt 和 Automotive Cell Company 也生產(chǎn)方形電池。

目前 LG 能源解決方案公司專注于生產(chǎn)軟包電池(pouch battery),該公司也制造圓柱形電池,但其用于電動汽車和儲能系統(tǒng)的電池大多是軟包電池。該公司之所以開發(fā)方形電池,目的是增加其產(chǎn)品組合的多樣性,同時也吸收該技術(shù)的優(yōu)勢。

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