【车讯网 报道】要说哪种类型的电池是行业中的“扛把子”，如今方形电池的地位可谓是一飞冲天，2022年的第一季度它在全球电池市场中的份额达到了63.6%，2022年的1~8月份在新能源汽车市场中的份额高达92.8%。超高的市场占比是其产品力的直接体现，到底方形电池有着什么样的优势，能成为行业中独占鳌头的佼佼者呢？今天，我们就来聊聊这个问题。

　　从历史和工艺角度来说，1991年正式入驻商用市场的圆柱电池，比1995年才出现的方形电池要早、要成熟，为何方形电池却成为了电池行业中的中流砥柱？特别是在如今的新能源汽车市场，把它称为“一枝独秀”也毫不为过。之所以方形电池能够取得今天的辉煌成就，是因为它在安全、性能和可定制化等方面有着明显的优势。

　　可大可小好办事

　　首先，我们先聊聊方形电池在形状上具有的可定制化优势。所谓定制即为个别客户量产剪裁，在汽车市场中每家企业都有着自己的体系和标准，旗下的新能源汽车型所使用的动力电池也是如此。

　　方形电池的内部的主要结构包括有壳体、顶盖、正极板、负极板、隔膜和安全组件等结构。不过不同于18650、2170、4680等型号的圆柱电池，方形电池没有具体的长宽高尺寸限制，可以根据不同的需求直接生产出不同尺寸的造型。

　　就拿比亚迪生产的方形电池来说，它在2008年量产时的尺寸为356mm*100mm*28mm，2013年又生产出420mm*109.5mm*39mm的方形电池，直到2020年又变更为960mm*90mm*13.5mm。

　　方形电池并没有固定的尺寸，而是能根据购买方各种特定需求而变化，能直接设计、生产出满足特定需求的产品。我们都知道，纯电动车型的电池包都是以扁平化的长方体装配在车辆的底盘区域，所以在满足可定制化的前提下，方形电池就可以节省下许多装配时间。

　　以比亚迪汉EV为例，它的电池包内部约有180块方形电池，所以只需要将这些电池的正负极按顺序连接，就可以组成纯电动车型所使用的电池包。特斯拉Model 3的电池包内部约有4000多节圆柱电池，那么就需要将这4000多节电池的正负极按顺序连接，数量更多自然所需的装配时间也就越多了。

　　但事物都有两面性，方形电池拥有高度可定制化属性的同时，也有着附带的一些弊端，其尺寸大小不能做到像圆柱电池那样型号统一，它的通用性便会大打折扣。可能A型方形电池的尺寸符合A家车企的采购标准，但B家车企因为车辆平台架构原因可能就无法使用，它只能使用B型尺寸的方形电池，那么电池公司就要生产很多种尺寸大小不一的方形电池，以此来满足不同车企的采购需求。

　　方形电池的优势还有很多，从形状上来说其空间利用率是高于圆柱电池的。因圆柱电池在一节挨着一节排列时，因为形状的原因多节电池形成了蜂巢式的结构，这些电池之间会有一些缝隙，几千节电池就会有很多缝隙，在讲究寸土寸金的电池包中，这些空间虽然浪费的让人有些心疼，可碍于圆柱电池的形状而言，也没有什么好的解决办法。

　　相对来说，方形电池就有着良好的空间利用率，即便电池包内部的电池需要进行多层铺设，也可以严丝合缝的叠加在一起，不会浪费掉那么多的空间。这点其实很好理解，从盖房子的砖块就可以看出，无论是农家小院还是城市高层建筑，房子的框架基本都是由方形的砖块盖起来的，从来没有说有圆柱形砖块的存在。

　　空间利用率高的好处非常明显，那就是能在有限的空间内塞入更多的电池，所以电池包的能量密度也会相应提升。以搭载方形电池的红旗E-HS9为例，其高配车型的电池包能量密度已经达到了206Wh/kg左右，相较于搭载2170电池的特斯拉Model 3，它的电池包能量密度才达到170Wh/kg左右，两组数值之间的差距还是挺明显的。

　　花卷和大饼哪个好吃？

　　除了在电池包整体上的空间利用率，方形电池从生产制造工艺的角度来说，相对于圆柱电池在单个电池内部的空间利用率也有着一些优势。

　　自从圆柱电池和方形电池问世以来，单个电池的生产工艺主要分为卷绕和叠片两种方式，其中圆柱电池只能使用卷绕工艺制作，方形电池却可以根据需要选择使用卷绕或叠片工艺。顾名思义，电池内部绕了一卷又一卷的是卷绕工艺，内部一片叠一片的则是叠片工艺，两者就像生活中的花卷和大饼。

　　在相同的空间内，叠片工艺根据自身的特性能将整个空间都塞满，卷绕工艺相对来说最终会浪费掉一部分空间，所以从理论数据上讲电池所使用的材料相同，叠片工艺下生产的电池能量密度会更高，或许这也是方形电池备受追捧，甚至在《中国车规级动力高速叠片电池发展白皮书》中被大肆提及的原因之一。

　　同时在叠片工艺下生产的电池，电池的每层极片都有单独的极耳，极耳数量越多说明电子从正极向负极流动的数量越多，电池的充放电性能也就更强，这就好比是10个车道对比2个车道，在上下班高峰期间肯定是前者通过的车辆数量总和更多。

　　之所以要设定一个“材料相同”的假定条件，那是因为当下主流的动力电池主要分为磷酸铁锂和三元锂两种类型，两者的成本和能量密度是不相同的。在成本方面，三元锂电池的生产制造需要用到价格比黄金（Au）还要高昂的钴（Co），磷酸铁锂电池因为不用钴（Co），所以前者的生产成本要比后者高，同时在单个电池的能量密度上也是如此。

　　也正是因为材料、工艺上的不同，所以在不同价位的新能源车型上，使用的电池类型也都是不相同的。我们继续大胆地进行猜想，假设两辆纯电动车型的所有配置和续航里程完全相同，只是所搭载的电池存在差异，其中A车电池包使用的是叠片工艺生产的方形磷酸铁锂电池，B车电池包使用的是卷绕工艺圆柱三元锂电池，那么在成本上自然是A低。

　　如果B车电池包使用的是卷绕工艺的方形三元锂电池，或者是叠片工艺的方形三元锂电池，理论上B车续航里程可能会更长，但成本也会比A车会更高。或许正是基于生产成本的考量，宁德时代推出的号称续航可达1000公里的CTP3.0“麒麟电池”，使用的便是卷绕工艺生产的方形三元锂电池。

　　如果“麒麟电池”使用的是叠片工艺方形三元锂电池，它为车辆所提供续航里程有可能会突破1000公里的瓶颈，但高昂的价格会让消费者望而却步，销量低那么车企自然也不会大批量采购这类电池了。

　　按照这套假设逻辑推演，可能如今限制纯电动车型续航里程破千的瓶颈，并不是在于电池技术层面的原因，或许有些技术可以打破这个瓶颈，只是因为生产成本贵导致整车成本高，量产车型的定价消费者难以接受。

　　绕不开的电池安全

　　不同于燃油车型，纯电动车型只要是出现一些爆炸、自燃起火事件，立刻就能发酵并引发大批网友们的热烈讨论，这是因为当下纯电动车型作为汽车市场大力发展的一个方向，如果这类车型具有很高的安全隐患，那么消费者出于自身生命安全的角度考虑，自然不会对其买账的。

　　从理论上来说，使用方形电池组成的电池包要比圆柱电池更安全些。因为使用几千节圆柱电池组成电池包，就要考虑如何解决这几千节电池在充放电时产生的热量问题，还要考虑车辆在发生碰撞事故后，电池受到挤压变形后的热失控等问题，这对于电池管理系统来说难度非常大，相比之下管理好180块方形电池的难度则更小些。

　　同时在热量的控制方面，方形电池因为形状扁平有着良好的散热优势，它的外壳可以直接将热量向外传递，电池包内部的冷却系统又可以将这些热量吸收，最后传递到电池包的外面去，以此来降低发生热失控的概率。

　　值得一提的是，锂电池在过充电、过放电时，特别是在温度较低的环境下，前方的锂离子还未嵌入负极，后方的锂离子就到达了，那么后者就会和早已到达负极的电子形成金属锂，这就是锂电池的枝晶现象，如果锂枝晶的数量过多便会刺破隔膜造成电池短路，对于拥有坚硬外壳的圆形电池和方形电池来说，就有可能会发生爆炸、自燃起火现象。

　　通俗点说，这就像是车辆在高速道路上快速行驶，每个车道都有近乎饱和状态数量的车辆，如果前方的车辆突然来了个急刹车，后面的车辆可能就会来不及刹车，造成严重的高速道路连环撞车的重大事故。

　　在安全方面，软包电池相较于圆柱电池、方形电池更具安全性优势。一般来说，搭载圆柱电池和方形电池的纯电动车型，在内部、外部环境的影响下，可能会产生爆炸、自燃起火事件，软包电池虽然也有着起火风险，但它并不会像前两者那样发生剧烈爆炸现象。

　　因为圆柱电池和方形电池的最外层都有金属制的硬壳，软包电池的最外层则是被铝塑薄膜包裹，其硬度和前两者相比是非常软的，因此它才有了“软包”的名称，也正是因为外壳薄软，在同等电池容量下它比圆形电池和方形电池的重量要轻。

　　也正是因为这个“软”字，使得软包电池在热失控时不会轻易剧烈爆炸现象。因为爆炸的定义是“在较短时间和较小空间内，能量从一种形式向另一种或几种形式转化并伴有强烈机械效应的过程”。假如软包电池突然出现热失控的情况，外面的软壳会鼓包或者涨裂开来，部分热量也会随着空间的扩大释放出去，所以才不会造成剧烈爆炸现象。

　　软包电池在安全方面的表现这么好，为什么它在如今的新能源汽车市场的占比率，从2017年至今一直不停的在下降，已经从当初的15.3%降到如今的不足10%，成为了位于方形电池和圆柱电池之下的“弟中弟”呢？

　　一者可能是因为软包电池的外壳是铝塑膜，这就意味着电池整体不能够做的太厚，过厚的话整体形态就和扁担挑重物一样，两头向下坠可能会从中间将电池折断。也是因为不能做的太厚，要想让单个电池容纳更多的电量，就需要将其拉长加宽，要知道电池包都是放置于车辆的底盘区域，其整体的长度和宽度都是有限的，这样一来过长过宽就不易组成电池包，形成了一个恶性死循环。

　　除此之外，因为软包电池的柔软特性，在连接组成电池包的时候，需要在每块电池上都加装一套保护框架，来保护每块电池之间不因为摩擦、碰撞、积压使电池包的铝塑膜变形或破裂，这样的设计不仅会浪费电池包内部的空间，还会增加电池包的整体重量。或许正是因为这些原因，软包电池虽然优点不少，却还是没能在新能源汽车行业中“做强做大”。

　　写在最后：

　　其实无论是什么类型的电池，都有它自身的优点和缺点，毕竟“金无赤足，人无完人”，当然也没有能满足所有需求的完美电池。不过有句古话叫“矮子里拔将军”，方形电池凭借自身的表现成为了那名“将军”，这点从市场占比率等数据可以看出。在未来电池行业会不会出现一员新兴的“黑马”，来替代方形电池的统治地位呢？从突破纯电动车型续航里程的瓶颈来说，大家一定都希望这是个肯定的答案，至于那一天什么时候能到来，就让我们拭目以待吧。

　　本篇文章所参考文献：

　　[1]黄志亮,王怀兴,阳同光,黎灿兵,李航洋.储能锂离子电池包单体内部温度压力模拟[J].电力系统保护与控制,2022,50.

　　[2]郭绍陶. 圆柱型锂电池外观缺陷检测方法研究[D].沈阳工业大学,2022. DOI.

　　[3]黄持伟,吴学科,阳如坤,刘阿密.动力电池尺寸规格的标准化现状及建议[J].新材料产业,2020(03).

　　[4]刘焱,胡清平,陶芝勇,李新海,黄泽伟,曾坚义.锂离子动力电池技术现状及发展趋势[J].中国高新科技,2018(07).