锂离子电池工作原理，动力锂离子电池形状分类

锂离子电池工作原理

在介绍电池形状之前，我们先来简单了解一下锂离子电池的工作原理。锂离子电池是一种二次电池（充电电池），它重要依靠锂离子在正极和负极之间移动来工作。在充放电过程中，锂离子在两个电极之间往返嵌入和脱嵌。充电时，锂离子从正极脱嵌，经过电解质嵌入负极，负极处于富锂状态，放电时则相反。下面我们就分别来看看这三种不同的电池形状各自的优势和劣势。

圆柱电池

首先我们要说的就是目前最为流行的圆柱电池。早在1992年，日本SONY公司就研发出了18650电池。目前的圆柱形电池，可分为14650、18650、21700等型号，这是由电池尺寸命名的电池名称。相信18650和21700这两种电池大家都听说过，18650是目前市面上最为常见的电池型号，也是技术最为成熟的一种，而21700则是特斯拉近年来主推的新型电池。单节圆柱形电池的尺寸变得更大一些，电量也更多一些。如此一来，电芯的数量得以大幅减少，使得车辆在电池系统的控制方面更为得心应手。

先来说说圆柱形电池的优势。首先在经过了多年的发展后，圆柱形电池的标准化程度较高，容易在行业内实现统一标准。另外圆柱形电池在散热方面也有着先天的优势，封包时圆柱与圆柱之间形成了很好的散热空间，所以部分搭载圆柱形电池的车辆采用了成本较低的风冷技术。

当然，圆柱形电池也有劣势。关于采用圆柱形电池的车辆来说，不可防止的要面对大量电池单体所带来的电池控制问题，毕竟即便是采用21700电池也要将几千枚圆柱电池放在一起形成电池包，数量非常庞大。另外由于圆柱形电池在组合成电池组时需采用钢壳，所以其重量相对较高，能量密度相较于另两种形状的电池有所不足。

在电池形状上，圆柱形电池的电池组大多也只能采用矩形布局，并安装在车辆的下方，方法比较单一，因为这样才能保证电池组不会影响整车的前后配重，但对车辆的离地间隙和车厢内的地台高度都会有影响。而一些选择将电池组放置在后备厢下方的混动车型，虽然在重量分配上得到了平衡，但同样牺牲了后备厢空间。

方形电池

下面来说说方形电池。方形锂电池的可塑性会更强一些，可以根据搭载产品的具体需求而进行定制化的设计。这也导致了大小不一，目前无论制造工艺或者应用标准，并没有圆柱形电池那样清晰的标准划分。但也正因为其灵活性高，曾经长时间的应用在早期的新能源汽车中，车企可以根据车型需求而对方形电池尺寸进行定制化设计。方形电池也曾经被认为是最适合新能源汽车应用的电池设计。其实市面上很多方形电池组，虽然名义是方形电池，但是内部本质还是接下来要说的软包电池。

软包电池因为采用了叠加的制造方式，所以体积更加纤薄，能量密度最高，这也比较符合我国新能源车市场的发展趋势。另外，软包电池同样可以根据不同需求进行定制。因为其体积的可控性同样被汽车品牌所看重，尤其是关于混合动力车型来说，在要同时考虑整车布局和重量时，软包电池的优势就更加明显。软包电池组还采用了比铝外壳重量更轻的铝塑膜包装，进一步提升了整个电池组的能量密度。

在电池组的造型方面，软包电池也有着不小的优势，同样可以定制的软包电池在形状上有着更多的想象空间，变化更多，不止局限于矩形。可以组成小型电池组放置在后备厢下方，也可以做成T字形布局。

虽然软包电池的优点众多，但也有明显缺陷，就是一致性较差，也就是电池组的综合性能。因为电池在不同温度下的热耗率是不相同的，这是由于电池内部的化学反应与温度是密切相关的。假如电池在绝热或者高温等热传递不充分的内部环境中运行，电池温度将会显著上升，从而导致电池组内部形成热点，最终可能会发生失控。这也意味着软包电池要更加复杂的电池控制系统。

软包电池外观和其他两种电池相同是一个硬壳大包，和所谓的软包不符。其实，这个硬壳大包的内部为叠片式的软包电池，一片片软包电池竖直叠放在一起，当然工程师所做的并不是简单地把它们放一起而已。每两片电池中间要加上一层冷却片，冷却液通过注水口注入，填充冷却片上的管路，循环流动并带走热量。此外，也可以通过线圈加热冷却液，使电池升温，即使在极端寒冷环境下，确保电池处于最适宜的工作温度。

软包电池要面对的另一个问题就是铝塑膜的使用。现阶段铝塑膜技术成本高且国产技术水平有限，大部分铝塑膜要依靠进口。另外关于叠片技术工艺的把控上也有着不小的难度，更高的难度关于品控是很大的考验，而一旦出现品控问题会直接影响电池寿命以及使用安全。

总结：在目前的新能源车市场中，圆柱、方形、软包三种电池均有厂家使用，各占一席之地，并且三者在现阶段并没有绝对的好坏之分，只能说是各有优劣。圆柱形电池由于发展时间较长，所以在一致性上有着不小的优势，同时其制造工艺也更加成熟，成本较低。不过在电池布局以及能量密度方面，圆柱形电池都还有着进一步的提升空间。而关于方形电池和软包电池来说，虽然其在标准化层面很难做到与圆柱电池相媲美，但其可以实现定制化的特点使其能够更好地与车辆相协调，能够满足不同厂商不同车型的特殊需求。可以说三种电池形状各有优势。

就目前的形势来看，软包电池似乎更加符合政策要求。随着国内新能源汽车补贴标准对电池能量密度提出了更高要求，软包技术成为了电池实现轻量化和高密度化的重要手段，今年年初宁德时代、力神、国轩高科三家承担新型锂离子动力锂电池项目的公司，均选择了软包电池技术路线。当然这也并不意味着未来将成为软包电池的天下，只能说在目前的条件下，采用软包电池是提升能量密度的最便捷方式，而究竟哪种电池才是未来的最终解决方法，还要看接下来的技术发展。