方形、圆柱形、软包三大电芯封装技术方向行业总览。

三大电芯封装技术的发展历程。

从目前单个电池的技术分类来看，主要包括圆柱体、软包和方形电池。其中，圆柱体的优点是生产效率高/生产成本低(vs.软包装单个电池的能量密度和安全性高，方形使用寿命长)，而圆柱体的缺点主要包括单个电池相对较低的能量密度和安全性(vs.软包装和方形电池的生产效率低/生产成本高，方形电池的能量密度和安全性相对较低)。

三大电芯封装技术的优缺点对比。

方形电池:包装可靠性高，系统能量效率高，能量密度高，结构简单，扩展相对方便，通过增加单体容量可以提高能量密度，稳定性相对较好。但由于方形电池可以根据产品尺寸定制生产，市场上的型号太多，很难统一工艺；而且生产自动化程度低，单体差异大，系统使用寿命远低于大规模应用中的单体使用问题。

圆形电池:方形属于硬壳封装，圆柱形电池技术成熟，PACK成本低，电池产品良率高，电池组一致性高；由于电池组散热面积大，散热性能优于方形电池，但后期仍要面对成组后散热设计难度大、能量密度低的问题。

软包电池:铝塑膜包装，安全性好，重量轻于钢壳和铝壳电池，质量高于能量，内阻小，循环寿命长。但由于许多型号自动化程度低、生产效率低、成本高，高端铝塑膜严重依赖进口，一致性差。

三种封装形式的电池市场发展趋势。

预计未来方形电池将成为封装形式的主流。根据高科技锂电池的数据，2020年，软包、圆柱形、方形三种封装形式的市场分别为、、；预计2025年，软包、圆柱形、方形三种封装形式的比例将分别达到、、、

方形、圆柱形、软包三种封装方式产品的核心竞争力。

方形电池。

方形电池：性能适应市场需求，安全性较高，适用于中高端车型。

方形电池在性能方面更适合市场需求。方形电池具有内阻小、循环寿命长、封装可靠性高、耐受性好、组装相对简单、系统能量相对较高的优点。凭借这些优势，方形电池可以更好地满足当前阶段的市场需求。但也有一些缺点:型号多、工艺难统一、生产自动化水平低、单体差异大等。

方形电池结构相对简单，铝壳是主流。与高强度镀镍钢作为外壳的圆柱形电池不同，整体配件重量轻，相对能量密度高。

方形电池安全性高，适用于中高端车型。由于安全性高，方形锂离子电池可用于乘用车和商用车，无论是纯电动还是混合电动。原始设备制造商也更倾向于使用中高端车型的方形电池。

方形电池结构相对简单。铝壳是主流，典型的方形锂电池主要包括顶盖、外壳、正极板、负极板、隔膜、绝缘件和安全部件。

宁德CTP和比亚迪的“刀片”各有千秋。比亚迪的刀片电池无限拉长单个电池的宽度和厚度，然后将电池直接安装在整个PACK中，尽可能简化模块。宁德时代的CTP在模块和模块之间采用套筒连接，套筒下游的固定装置与整车连接，简化了结构。宁德CTP功率密度更高，组装效率更高，对大多数汽车制造商的成本控制更友好；比亚迪的“刀片”电池在空间利用率上表现更好，在结构灵活性和耐久性上更有价值。

在大多数市场中，方形电池的市场份额逐渐上升。从2018年的74%到2021年的87%，方形电池的市场份额已经上升。

，圆柱形电池。

圆柱形电池：能量密度高，成组效率低，但一致性好，安全性好。

圆柱形电池的能量密度相对较低。目前，磷酸铁锂电池是圆柱形电池的主导因素，具有高容量、高输出电压、优异的充放电循环安全性能、稳定的输出电压、大电流放电、安全稳定的操作和无污染的环境。

圆柱形电池封装的优点是:其生产工艺成熟；良好的一致性；电池组成本低，应用范围广；耐高温，不易爆炸，安全性好；内阻小，不易自耗电，有望取代镍氢电池的企业产品。其缺点包括:整体重量重；空间利用率低；组装效率低；能量密度低；径向导热差；单位容量小；电池管理复杂。

圆形电池结构类似于方形外壳，PTC热敏电阻是独一无二的。除了形状，常规圆柱形电池的结构类似于方形外壳电池。典型的圆柱形电池结构包括外壳、盖帽、正极、负极、隔膜、电解液、PTC元件、垫圈和安全阀。一般电池外壳是电池的负极，盖帽是电池的正极。

4680是最新突破:全极耳设计主要用于过流和热扩散。极耳的主要功能是作为极片和极柱的导电通道，决定电池内阻和电池发热。全极耳设计将导电通道从局部小块变成了整个平面的线性焊接，降低了发热量，增强了快速充电性能。性能突破。4680大大提高了电池功率(6倍于2170电池)，降低了电池成本(2170电池14%)，优化了散热性能、生产效率、充电速度、能量密度、循环性能等。

2021年，全球圆柱形锂离子电池出货量达到1亿，同比增长。2021年，全球圆柱形锂离子电池出货量快速增长的细分应用领域主要包括新能源汽车、储能和电动工具。然而，由于共享电动汽车的需求大幅减少，电动两轮车的一些圆柱形锂离子电池被方形和软包所取代，2021年出货量同比大幅下降。

全球圆柱锂离子电池市场规模预计将在2021-2025年增长亿美元，期间市场年复合增长率为。

，软包电池。

软包装电池：性能优异，但成本高，可靠性大。

软包装电池的电容和能量密度都很高。软包装电池的容量多为30Ah-70Ah，其能量密度多为220V-300V，而且能量密度最大的优点是轻，即使使用相同的电池，三元软包装电池的能量密度也会比钢壳三元锂电池高40%。

软包电池的优点还包括:安全性能好；重量轻，比能量高；内阻小，从而减少电池的自消耗；电池容量大，充放电率高；设计灵活。其缺点包括:成本高，国内多为进口；一致性差，标准化程度低，生产效率低；组装效率低；容易漏液；外壳机械强度低。

软包电池结构:外壳为铝塑膜，无顶盖。软包电池的基本结构与圆柱形和方形相似，包括正极、负极、隔膜、绝缘材料、正极耳和外壳，但软包电池的外壳为铝塑膜，无顶盖。加压过程是软包电池成型过程中的一个独特环节。铝塑膜的封装结构决定了极片不能紧密排列，极片之间容易出现缝隙，影响电池性能。因此，极片之间的气体通过滚压工艺被排除在两次充电之间。

软包电池由AESC创造，由LG化学发扬光大。2007年，动力电池公司AESC(日产与NEC合资公司)将用于手机产品的软包电池作为车辆规模标准。2010年后，日产聆风，一款纯电动汽车，搭载AESC软包电池，广受欢迎。2009年，LG化学与现代联合推出了第一款现代Avante和Forte电动汽车，正式进入汽车电气化时代。2009-2015年，LG化学动力电池客户包括通用汽车、福特、科勒莱斯、美国三大主流产车公司沃诺、顺利拿下奥、顺利

三是方形、圆柱形、软包三大类电池总结。

圆柱形电池:优点是一致性好，生产效率高，单体成本低，但能量密度低，模块需要更多的电池，成组后成本优势减弱，使用寿命差，电池管理复杂；

方形电池:是国内主流的封装形式，能量密度优于圆柱体。它的优点是对电池有很强的保护和高组装效率。缺点是大电池对制造工艺挑战很大；

软包装电池：造型设计灵活，单体能量密度高，包装工艺长期可靠性具有挑战性，铝塑膜加工及使用成本高。

单体性能方面，1)能量密度:软包>方形>圆柱体，主要考虑机械零件重量在质量上的比例，随着电池尺寸的增大，差异变小；2)散热能力:软包、方形>圆柱体；圆柱体电池的散热能力在系统层面，因为电池间隙较大，得到了改善；3)循环寿命:软包>方形>圆柱体，圆柱体电解液量相对较少；4)安全:圆柱体>软包>方形；此时，大圆柱体需要镀镍钢，这里的安全是一个相对的概念。安全阈值的绝对值在电池热失控的峰值能量下没有明显差异；5)充放电倍率。

在系统性能方面，1)成组效率:圆柱形、方形>软包、圆柱形、方形、软包模块/系统成组效率分别为87%/65%、89%/70%、85%/60%；2)可靠性:方形>圆柱形>软包；软包边漏液是市场失效的主要表现；3)生产效率:圆柱形>方形>软包；4)一致性:圆柱形>方形>软包；5)成本优势:模块和电池组成后，圆柱形成本优势逐渐减弱。

在能量密度方面，软包电池有优势。在这个维度上，国内领先的软包电池包括宁德时代、富能科技等。圆柱形电池强大，比克等。方形电池包括宁德时代和亿威锂能。在能量密度差距方面，国内外产品圆柱形和软包电池较大，方形电池基本没有差距。在这个维度上，国外第一梯队大多是日韩企业，如LG化学、三星SDI、松下、远景动力等。

在循环寿命方面，方形和软包电池远优于圆柱形电池。圆柱形电池的寿命可靠性低与内阻大、散热能力弱有关。圆柱形卷绕电池在使用过程中的老化故障形式之一是卷绕极片翘曲。翘曲的来源可能是循环中各层电极的体积变化步伐不一致。高倍率下的翘曲现象可以在下图的存储、低倍率循环和高倍率循环后的电极形态对比中清晰可见。在卷绕中心的加销轴可以在一定程度上抑制卷轴的变形，但引入销轴会增加成本和重量。

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