圆柱锂电池

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目前主流的锂电池封装形式主要有三种：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，下面我们就来一起探讨一下这三种电池的特点吧！

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圆柱形锂电池

圆柱形锂电池分为磷酸铁锂、钴酸锂、锰酸锂、钴锰混合、三元材料不同体系，外壳分为钢壳和聚合物两种，不同材料体系电池有不同的优点。目前，圆柱主要以钢壳圆柱磷酸铁锂电池为主，这种电池的表现为容量高、输出电压高、良好的充放电循环性能、输出电压稳定、能大电流放电、电化学性能稳定、使用安全、工作温度范围宽、对环境友好。广泛应用于太阳能灯具、草坪灯具、后备能源、电动工具、玩具模型上。

一个典型的圆柱形电池的结构包括：正极盖、安全阀、PTC元件、电流切断机构、垫圈、正极、负极、隔离膜、壳体。

最早的圆柱形锂电池是由日本SONY公司于1992年发明的18650锂电池，因为18650圆柱形锂电池的历史相当悠久，所以市场的普及率非常高，圆柱形锂电池采用相当成熟的卷绕工艺，自动化程度高，产品品质稳定，成本相对较低。圆柱形锂电池有诸多型号，比如常见的有14650、17490、18650、21700、26650等。圆柱型锂电池在日本、韩国锂电池企业中较为流行，中国国内也有相当规模的企业生产圆柱形锂电池。

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方形锂电池

方形锂电池通常是指铝壳或钢壳方形电池，方形电池的普及率在国内很高，随着近年汽车动力电池的兴起，汽车续航里程与电池容量之间的矛盾日渐突显，国内动力电池厂商多采用电池能量密度较高的铝壳方形电池为主，因为方形电池的结构较为简单，不像圆柱电池采用强度较高的不锈钢作为壳体及具有防爆安全阀的等附件，所以整体附件重量要轻，相对能量密度较高。方型电池采用卷绕和叠片两种不同的工艺。

但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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软包锂电池

软包锂电池是液态锂离子电池套上一层聚合物外壳，与其他电池最大的不同之处在于软包装材料(铝塑复合膜)，这也是软包锂电池中最关键、技术难度最高的材料。软包装材料通常分为三层，即外阻层(一般为尼龙BOPA或PET构成的外层保护层)、阻透层(中间层铝箔)和内层(多功能高阻隔层)。

软包电池的包装材料和结构使其拥有下面一系列优势：

1.安全性能好

软包电池在结构上采用铝塑膜包装，在发生安全隐患的情况下软包电池最多只会鼓气裂开，而不像钢壳铝壳电芯那样会发生爆炸。

2.重量轻

软包电池重量较同等容量的钢壳锂电轻40%，较铝壳电池轻20%。

3.容量大

软包电池较同等规格尺寸的钢壳电池容量高10～15%，较铝壳电池高5～10%。

4.内阻小

软包电池的内阻较小，目前国产软包电池芯的内阻最小可做到35mΩ以下，极大的降低了电池的自耗电。

5.设计灵活

软包电池的形状可根据客户的需求定制，开发新的电芯型号。

然而软包锂电池现有的软包电池芯型号较少，无法满足市场需求；同时开发新的型号成本高。

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对比分析

电池形状：方形锂电池可以是任意大小，所以是圆柱电池不能比的。

倍率特性：圆柱形锂电池焊接多极耳的工艺限制，所以倍率特性稍差于方形多极耳方案

放电平台：采用相同的正极材料、负极材料、电解液所以理论上放电平台是一致的，但是方形电池内阻稍占优势，所以放电平台稍微高一点。

产品质量：圆柱锂电池工艺非常成熟，极片公有二次分切缺陷机率低，且卷绕工艺较叠片工艺成熟度及自动化程度都要高叠片工艺目前还在采用半手工方式，所以对于电池的品质存在不利影响。

极耳焊接：圆柱锂电池极耳较方形锂电池更易焊接，方形电池易产生虚焊影响电池品质。

PACK成组：圆形电池相对具有更易用特点，所以PACK方案简单，散热效果好，方形电池PACK时要解决好散热的问题。

结构特点：方形电池边角处化学活性能较差，长期使用电池性能下降较为明显。

总的来说，圆柱、方形和软包三种封装类型的电池各有优势，也各有不足，每种电池都有自己主导的领域，比如，方形电池中磷酸铁锂较多，软包电池中三元更多一些。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。

鉴于软包电池的优势，业内专家预计，随着电池路线的发展，软包电池在新能源汽车市场的渗透率将不断提升，未来软包电池在各类型电池中的占比有望超过50%。

来源：锂电回收联盟 石墨邦编辑整理，转载请注明。

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大家都知道三元锂电池有三种封装形式：圆柱、方形和软包。圆柱电池和方形电池大都采用钢制外壳或者铝制外壳，软包电池为铝塑膜。

由于目前铝塑膜质量和软包电池工艺都非常不成熟，我们暂且不谈。

今天我们就来聊聊圆柱三元锂电池和方形三元锂电池的区别。

能量密度比

能量密度比指的是单位重量电池的容量。圆柱形单体按目前国内主流的18650 （1.75AH）来算，能量密度比可达215WH/Kg，方形单体按50AH来算能量密度比可达205WH/Kg。系统成组率18650在60%左右，方形在70%左右。（系统成组率可以想象在箱子里面放火腿，方火腿之间的缝隙更小所以系统成组率更高。）

这样算下来18650电池组系统能量密度比约为129WH/Kg，方形电池组系统能量密度比约为143WH/Kg。在未来18650和方形单体能量密度比达到一样的时候，成组率更高的方形锂电池组将有更明显的优势。

倍率性

充放电倍率=充放电电流/额定容量，倍率越高的电池所支持的充电速度越快。国内制造主流水平能量型电芯18650在1C左右，方形可达1.5-2C左右（需处理好热管理），距离政策目标的3C都还有一些距离。但是方形制造工艺会越来越完善达到既定目标3C是完全有可能的。

循环寿命

1C充1C放的情况下循环2000次，最好的方形电芯的剩余容量仍能达到80%，而最好的18650电芯容量仅剩70%。由此可见，方形电池的循环寿命优于18650电池。

一致性

电芯的一致性是电芯企业最为头痛的事，那对我们应用者来说，电芯数量越多，一致性越难控制。

假设一枚电芯的次品率是十万分之一，圆形电芯电池组由7000根18650组成，方形电芯电池组由250块电芯组成，一块电池组没有次品视为合格。那么圆形电芯电池组的合格率为0.99999^7000=93.2%，

方形电芯电池组的合格率为0.99999^245=99.7%。

当然关于电池一致性的理论知识比这复杂得多，在这里湃客只是举个例子说明使用单体容量更大、数量更少的方形电芯电池组更有利于控制一致性。

制造成本

制造成本里包含物料成本、设备成本、人工水电场地成本和隐形辅料成本。现在主流企业18650的综合成本可控制在0.5元/WH左右，方形的综合成本大约0.8元/WH。

在新能源汽车产业崛起之前，18650电芯就已经在电子产品，工业设备等各个领域大量应用。但是18650电芯的单体容量比较低，不足以满足电动车的要求，所以特斯拉又研发了21700型号。目前来说设备自动化程度高是圆柱企业最能节约人工成本的地方，但圆柱的产销链条已经非常成熟，被压缩的空间几乎已经没有了。

尺寸和电极厚度在方形电芯上来说还有很大进步空间，就尺寸来说越做越大，从最初的20AH到现在50AH的批量产品出现在市场上。容量越大摊到的WH成本越低，所以湃客认为真的到大容量方形量产的时候成本持平圆柱是完全可能的。

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部分图片来源于网络，感谢原作者。

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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。

一、视频解析

以下先通过一个简短的视频来对电池结构组成做一个直观的了解。

二、圆形锂电池

圆形锂电池是指圆柱型锂电池，最早的圆柱形锂电池是由日本SONY公司于1992年发明的18650锂电池，因为18650圆柱型锂电池的历史相当悠久，所以市场的普及率非常高，圆柱型锂电池采用相当成熟的卷绕工艺，自动化程度高，产品传品质稳定，成本相对较低。圆柱型锂电池有诸多型号，比如常见的有14650、17490、18650、21700、26650等。圆柱型锂电池在日本、韩国锂电池企业中较为流行，中国国内也有相当规模的企业生产圆柱型锂电池。

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”。

三、方形锂电池

方形锂电池通常是指铝壳或钢壳方形电池，方形电池的普及率在国内很高，随着近年汽车动力电池的兴起，汽车续航里程与电池容量之间的矛盾日渐突显，国内动力电池厂商多采用电池能量密度较高的铝壳方形电池为主，因为方形电池的结构较为简单，不像圆柱电池采用强度较高的不锈钢作为壳体及具有防爆安全阀的等附件，所以整体附件重量要轻，相对能量密度较高。方型电池有采用卷绕和叠片两种不同的工艺。

但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。

四、软包锂电池

软包锂电池所用的关键材料—正极材料、负极材料及隔膜—与传统的钢壳、铝壳锂电池之间的区别不大，最大的不同之处在于软包装材料(铝塑复合膜)，这是软包锂电池中最关键、技术难度最高的材料。软包装材料通常分为三层，即外阻层(一般为尼龙BOPA或PET构成的外层保护层)、阻透层(中间层铝箔)和内层(多功能高阻隔层)。

软包电池的包装材料和结构使其拥有一系列优势，电动知家公众号总结下，比如，安全性能好，软包电池在结构上采用铝塑膜包装，发生安全问题时，软包电池一般会鼓气裂开，而不像钢壳或铝壳电芯那样发生爆炸；重量轻，软包电池重量较同等容量的钢壳锂电池轻40%，较铝壳锂电池轻20%;内阻小，软包电池的内阻较锂电池小，可以极大的降低电池的自耗电；循环性能好，软包电池的循环寿命更长，100次循环衰减比铝壳少4%～7%；设计灵活，外形可变任意形状，可以更薄，可根据客户的需求定制，开发新的电芯型号。软包电池的不足之处是一致性较差，成本较高，容易发生漏液。成本高可通过规模化生产解决，漏液则可以通过提升铝塑膜质量来解决。

五、技术特性对比分析

1.电池形状：方形锂电池可以任意大小，所以是圆柱电池不能比的。

2.倍率特性：圆柱形锂电池焊接多极耳的工艺限制，所以倍率特性稍差于方形多极耳方案

3.放电平台：采用相同的正极材料、负极材料、电解液所以理论上放电平台是一致的，但是方形电池内阻稍占优势，所以放电平台稍微高一点。

4.产品质量：圆柱锂电池工艺非常成熟，极片公有二次分切缺陷机率低，且卷绕工艺较叠片工艺成熟度及自动化程度都要高叠片工艺目前还在采用半手工方式，所以对于电池的品质存在不利影响。

5.极耳焊接：圆柱锂电池极耳较方形锂电池更易焊接，方形电池易产生虚焊影响电池品质。

6.PACK成组：圆形电池相对具有更易用特点，所以PACK方案简单，散热效果好，方形电池PACK时要解决好散热的问题。

7.结构特点：方形电池边角处化学活性能较差，长期使用电池性能下降较为明显。

总之，无论圆柱、方形还是软包电池，目前之所以都能快速发展，是因为它们在各自擅长的应用领域，都得到了很好的应用。国内动力电池厂家都在预言方形会成为动力电池的主流，但是以Tesla为代表的圆柱动力电池应用厂家，在技术上不断创新，整车电池能量密度不断提升，电池性能表达更卓越。