鋰離子電池商業化以來，業界對鋰離子電池的三種封裝路線：方形、軟包和圓柱，孰優孰劣的爭論從未停止。這三種電池中，有絕對的贏家嗎?

從全球市場和技術特點來看，下一代動力鋰電池商業化之前，方形、軟包和圓柱電池將并存于電動汽車市場。全固態電池技術成熟后，軟包電池的優勢會進一步顯現，不過，這將是一段漫長的過程。

觀市場：方形勢強，圓柱緊隨軟包

目前，市場上的鋰離子動力鋰電池按照外形，或者封裝方式可以分為方形、軟包、圓柱三種。

在汽車生產商和電池制造商的長期磨合中(也可能是車廠自己造電池)，不少公司都形成了自己比較擅長的電池封裝路線，下表列出了全球重要新能源汽車車型應用的電池類型。

從全球范圍來看，搭載方形電池的車型多于軟包電池，圓柱電池應用的數量最少。方形電池覆蓋了中、日、韓電池公司，軟包電池以中、韓電池生廠商為主，圓柱電池供應商絕大多數是中、日公司。

麥肯錫：方形/軟包/圓柱沒有絕對贏家

市場占有率高低能代表三種不同封裝方式的優勢大小嗎?麥肯錫公司一項調查得出的答案是，不能。

2017年十月，麥肯錫和美國汽車評估公司A2Mac1將十款主流電動汽車拆解，并對電池等核心零部件做了評估，十款車型涵蓋了方形、軟包和圓柱三種電池。

調查車型包括：2011版日產聆風、2013版大眾e-up!、2013版特斯拉ModelS、2014版雪佛蘭Spark、2014版寶馬i3、2015版大眾e-Golf、2015版比亞迪e6、2017版日產聆風、2017版雪佛蘭Bolt和2017版歐寶Ampera-e。

麥肯錫指出，三種形狀電池的優點和缺點都很顯著，就不同電池對電動汽車性能的影響而言，沒有絕對贏家。相比電池封裝方式，是否是正向研發對電動汽車的程價比影響更大。

調查結果顯示，在十款車型中，圓柱電池的電芯能量密度最高，接近245瓦時/公斤，緊隨其后的是195瓦時/公斤的軟包電池和160瓦時/公斤的方形電池。系統能量密度方面，三種電池的差距不大，圓柱、軟包和方形電池分別為132瓦時/公斤、138瓦時/公斤和104瓦時/公斤。

另外，從2011年到2018年的七年間，這三種封裝方式的電芯能量密度均實現了30%以上的上升。

那么，既然三種封裝方式并沒有明顯的優劣之分，為何市場占有比例會有較大差別?

一位電池公司技術負責人表示，選擇哪種電池，重要原因是公司對電池綜合性能的平衡和車型設計偏好不同。綜合性能包括：能量密度、安全系數、生產效率、壽命長短、生產成本、充放電倍率、產品一致性和工藝難度等，它們密切相關，又相互牽制。

用以上技術負責人的話來說，控制這些性能“就像用一只手抓著一個已經很大的氣球，任何一根手指用力過度，氣球的另一端都可能因承受不住壓力爆掉”。所有公司都要在這幾項性能間尋得平衡——而這并非易事。

能量密度越高，軟包優勢越大

不同于重要使用不銹鋼外殼或鋁制外殼的方形電池和圓柱電池，軟包電池多使用更輕更薄的鋁塑膜，重量輕，能量密度大。

不過，上述技術負責人指出，由于單體沒有金屬外殼，軟包電池的高能量密度，重要體現在電芯上，但單體的殼的重量其實轉嫁到了模塊上，到最終產品的電池包，軟包電池的能量密度優勢不一定能體現出來。

在一位動力鋰電池技術專家看來，軟包電池的能量密度優勢，重要體現在做到300瓦時/公斤的水平時。他認為，圓柱和方形電池要做到230-240瓦時/公斤都沒有問題，軟包的能量密度會稍微高一些;但能量密度繼續提升時，軟包電池的優勢就更加明顯了。

同等情況下，方形電池的能量密度普遍比軟包電池低20-30瓦時/公斤，假如軟包達到300瓦時/公斤，方形只能達到270瓦時/公斤左右。因此，公司在實驗室中開發高能量密度產品時，軟包成為主流的選擇。

為何能量密度越高，軟包的優勢越突出?

上述專家表示，對公司而言，除了提高能量密度，還必須考慮循環、安全和生產效率等因素。由于軟包的鋁塑膜外包裝很輕，70-80安時的電芯就能做到300瓦時/公斤的能量密度，方形電池受限于外包裝重量大，能量密度要做到300瓦時/公斤，電芯容量就會達到200安時左右，這樣一來，技術難度加大了，生產效率降低了，劣勢比較明顯。

PNNL研發的300瓦時/公斤的軟包電池構成

2018年六月，美國太平洋西北國家實驗室(PNNL)公布報告稱，該實驗室與布魯克海文國家實驗室(BNL)、斯坦福直線加速器中心(SLAC)、斯坦福大學、通用汽車和納維塔斯系統公司(NavitasSystems)等已經合作開發出能量密度大于300瓦時/公斤的鋰金屬軟包電池，并且實現了100次以上的穩定循環。

未來，這些機構還計劃開發能量密度達到500瓦時/公斤的軟包電池。

軟包最安全?相對的

安全系數較高也是軟包電池的一項優勢。

上述技術專家指出，由于外包裝采用的多是鋁塑膜，一旦內部出現問題，軟包電池就會出現鼓脹，從電池表面最薄弱的部位鼓開，但不會發生爆炸。通常，電池單體越大，安全越難保證，尤其是方形電池的安全系數比軟包電池和圓柱電池都要低。

但軟包電池的安全性是相對的。上述技術負責人認為，雖然軟包電池不易發生爆炸，但在能量密度比較高時，燃燒也會十分迅速、劇烈。相比之下，圓柱電池的安全性可能更勝一籌，最典型的例子就是特斯拉選用的18650圓柱電池。

特斯拉ModelS的電池包由7000多枚18650圓柱電池組成，每個電池單體整齊地封裝在金屬槽中，這種布置最大限度地減少了由機械振動、熱循環和充放電導致的單體破損。

由于電池單體體積小，能量也小，每個單體之間還留有空隙，散熱性較好。假如要求單體的問題不會對整個系統造成損害，目前來看，圓柱是唯一的方法。從系統角度來講，圓柱電池的安全系數大于軟包電池，軟包大于方形。

當然，由于電池單體容量較小，要達到一定的動力性能，電池的總量必然巨大，這就對電池系統的連接和熱管理技術提出了極高要求。因此，圓柱電池路線讓不少車企望而卻步。

寶馬集團主管技術及研發的傅樂希(KlausFrohlich)明確表示，方形電池結構緊湊，而且不容易受外力損壞，是寶馬選擇方形電池的重要原因，未來也可能選擇軟包電池，圓柱電池則不在寶馬的選擇范圍之內，因為電池冷卻和成組的挑戰更大，“假如圓柱電池要達到與軟包和方形同樣的能量密度，必須有更激進的電池材料方法，有多方面的風險?！?/p>

目前，寶馬i3、寶馬i8、寶馬X5插混版、寶馬X6插混版和寶馬Active混動版搭載的都是三星SDI供應的方形電池。

硬幣的兩面：靈活度OR生產效率

設計靈活，是方形電池和軟包電池共有的優勢。尤其是軟包電池，理論上可以做成任意形狀。硬幣的另一面，是標準化程度和生產效率低，以及隨之而來的生產工藝復雜，生產成本高和品控不佳問題。

曾經風光無限的菲斯科卡瑪電動汽車走向沒落，直接原因就是電池產品質量不過關。

2011年七月，菲斯科卡瑪正式上市，由于其電池供應商A123System生產的方形電池存在缺陷，僅僅5個月后，菲斯科被迫召回239輛卡瑪。2012年十月，A123System宣布破產，直接導致卡瑪停產，第二款車型開發中斷。

遭遇類似問題的還有三菱歐藍德。

2013年三月，三菱歐藍德插混版在日本上市，4個月后，車輛搭載的電池出現融化現象，三菱汽車隨即召回全部歐藍德插混版。存在缺陷的方形電池來自三菱汽車、三菱商事與GS湯淺合資成立的LEJ公司。不但如此，由于LEJ電池產量不足，三菱方面被迫延遲了歐藍德混動版在美國的上市時間。

三菱歐藍德混動版的電池包

分析人士認為，菲斯科的倒掉和三菱歐藍德遭遇的市場問題，與車廠的電池路線選擇有很大關系，由于電池制造商為卡瑪和歐藍德混動版供應的電池標準化程度低，獨家供應商一旦出現問題，難以快速找到合適的電池產品替代，最終導致產品召回，甚至公司難以為繼。

軟包電池也難逃品控難的困擾。

墨爾本大學工程學院電動汽車專家、澳大利亞電動汽車委員會成員BryceGaton認為，雖然軟包電池擁有能量密度高的優勢，但電池包的冷卻要求極高的工藝技術。在他看來，日產方面避而不談聆風的冷卻系統，一定程度在于其軟包電池的熱管理系統操控不佳。

BryceGaton指的是聆風從第一代產品開始采用的風冷系統(被動冷卻系統)。雖然日產方面曾表示，新款聆風有可能應用主動冷卻系統，但2018版聆風使用的依舊是被動冷卻系統，電池容量加大了，冷卻系統卻沒有升級，這樣一來，極易引起電池過熱，影響快充效率。關于聆風用戶的質疑，日產方面一直沒有正面回應。

此外，方形、軟包和圓柱電池的差異性還體現在壽命、成本和充放電倍率等方面。業內人士認為，理論上，三種封裝方式的這些性能略有差異，但在主流車型上，都可以達到行業標準，并不存在明顯差別。

就目前的技術水平來看，全優的封裝路線是不存在的，一項指標的提升可能要以犧牲另一項或幾項指標為代價，選擇哪種封裝方式，重要看公司對這幾項性能如何取舍。此外，車型偏好也是決定車企電池封裝路線的重要因素。

能“塞”進去的就是好電池

汽車是差異化產品，不同車型對封裝技術的影響很大。車企及其電池供應商會不斷嘗試，尋找最高效、合理的電池包放置方式。

沃藍達可以說是為實現電池布局，使得車內空間大打折扣的“反面教材”。由于沃藍達的電池包是T型結構，方形電池無法“塞”入，只能搭載軟包電池，這是通用汽車選擇LG化學為電池供應商的重要原因。

一方面，T型結構讓沃藍達的電池包受到更好的保護，即使底盤被剮蹭，也不容易傷及電池包;另一方面，這種構造導致后排中間形成隆起，通用干脆把扶手箱和杯架連到了后排座椅位置，硬是把五座車變成了四座車，被不少消費者詬病。

與沃藍達不同，特斯拉選擇將電池包掛在底盤位置，這樣的布局雖然沒有損失車內空間，但將電池包置于比較“脆弱”的境地，一旦底盤發生剮蹭難免殃及電池包。

可以說，由于不同車型為電池包預留的形狀各異，采用的電池封裝方式也不盡相同，同一車企可能選取多種電池類型，另一方面，不把全部雞蛋放在一個籃子里，一旦某家電池供應商出了問題，也不會讓全線產品受到影響。

與此同時，電池制造商的產品路線也在不斷拓展。

以三星SDI為例，這家為寶馬、奧迪、克萊斯勒等車企供應方形電池的公司，在2017年北美國際汽車展上，展出了21700圓柱電池，并稱將于2021年實現量產。外界普遍將三星SDI此舉看做對特斯拉“2170”圓柱電池的挑戰。

與18650圓柱電池的命名規則相同，21700代表電池的直徑為21毫米，長度為70毫米，第二個“0”代表柱型。特斯拉別出心裁低把這種電池命名為“2170”，馬斯克宣稱2170將是全球能量密度最高、價格最便宜的電池，能量密度可以達到300瓦時/公斤，比18650的233瓦時/公斤提高了近20%。

另外，作為特斯拉的獨家電池單體供應商，松下一方面繼續與特斯拉合作，計劃2018年底將其超級廠Gigafactory的21700動力鋰電池產量新增30%以上，另一方面，宣布與豐田研究合作開發方形電池的可行性,并在豐田旗下電動汽車型上大規模應用。

下一代動力鋰電池如何影響封裝路線?

在現有技術條件下，三種封裝方式沒有優劣之分。那么，下一代動力鋰電池會改變這種格局嗎?

下一代動力鋰電池，目前來說，重要指固態電池，是將傳統鋰離子電池的液態電解液和隔膜替換為固態電解質的電池，通常以鋰金屬為負極，也可能是石墨類及其他復合材料。與目前使用的電池相比，固態電池具有安全性高、循環壽命和續航里程長等優點。

基于固態電池的種種優勢，今年六月，日本新能源產業技術綜合開發機構宣布，松下、豐田、本田和日產等23家公司，以及京都大學等15家學術機構將合作研究全固態電池，計劃到2022年全面掌握相關技術。

一個月之后，大眾集團宣布向加州初創公司QuantumScape注資1億美元，用于固態電池的開發和量產。大眾集團CEOHerbertDiess表示，公司正考慮生產自己的固態電池，計劃2024年至2025年間量產，以減少對亞洲電池供應商的依賴。

巨頭們紛紛加碼固態電池研發，哪種封裝路線會勝出呢?

上述技術專家認為，由于使用固態電解質，柔軟性不足，只能使用疊片方式，因此，固態電池不可能選擇圓柱封裝方式;理論上，使用方形封裝是可以實現的，但假如方形電池依舊是鋁制外殼，能量密度就會大大降低，因此也不具備優勢;目前來看，軟包技術最適合真正意義上的固態電池,即純固態電池。

但是，由于工藝難度大，純固態電池的市場化應用還是將來時。雖然寶馬也已著手開發固態電池技術，但KlausFrohlich表示，受限于技術條件，固態電池應用于量產車型，至少要等到2025年。上述技術專家的看法更加謹慎，他認為，純固態電池的商業化至少還要十年。

以此判斷，十年之內，方形、軟包和圓柱路線將共存，在不同車型上發揮各自的優勢。在這期間，尋找最好的封裝路線，不過是在上述多項指標間求得最大的平衡。