「微侃」軟包電芯如何突圍？—— SPS技術(shù)解讀

動(dòng)力電池按封裝形態(tài)，可以分為圓柱、方殼和軟包電池。近幾年，隨著鋰電池 的技術(shù)進(jìn)步，在結(jié)構(gòu)創(chuàng)新方面，圓柱有了4680、方殼有了CTP3.0；相比之下，軟包電池的發(fā)展似乎沒有什么動(dòng)靜。

實(shí)際上，軟包在消費(fèi)電子領(lǐng)域的應(yīng)用非常普及，廣泛應(yīng)用在手機(jī)、筆記本里。作為動(dòng)力電池，軟包技術(shù)非常成熟，但是什么問題讓軟包在動(dòng)力電池領(lǐng)域的市占率不如其他兩種形態(tài)的電池？后續(xù)是不是有發(fā)揮自己的優(yōu)勢機(jī)會(huì)？又需要有做出哪些改進(jìn)呢？我們來談?wù)勥@個(gè)問題。

Part 1、軟包電池的市場格局演變

從市場數(shù)據(jù)來看，方殼一直是動(dòng)力電池市場的主要占有者，這兩年還搶掉了不少圓柱電池的市場份額。相比之下，軟包的份額一直很穩(wěn)定：從2018開始，伴隨著電動(dòng)汽車市場逐步發(fā)展 ，軟包動(dòng)力電池的市場份額穩(wěn)扎穩(wěn)打、逐步擴(kuò)張，從2018年的14%，達(dá)到2021年的接近30%。2022年上半年略有回落，但也在25%左右。

為什么會(huì)有這樣的變化？ 可以從車企、技術(shù)和市場的角度來看。

●?從整車企業(yè)角度來說，整車企業(yè)的選擇在變化，而汽車銷量的變化，直接影響到電池的市場份額。特斯拉是圓柱的主要使用者，2020年開始導(dǎo)入方殼，最近方殼的比例在逐步上升。目前用軟包的車企，主要是奔馳的EQC階段，以及在EQS階段上導(dǎo)入的方殼和軟包兼容的模式。

目前用軟包的車企，從全球范圍來看，包括：

◎?美系：通用、福特

◎?歐系：大眾、奧迪、奔馳、雷諾、保時(shí)捷、Volvo、Stellantis

◎?日系：日產(chǎn)

◎?韓系：現(xiàn)代、起亞

●?而在中國市場，由于有2017年開始的補(bǔ)貼退坡要求，還有產(chǎn)能供給的問題，從這一年起，中國車企絕大多數(shù)企業(yè)只使用方殼。事實(shí)上，正是由于動(dòng)力電池白名單卡住了軟包在中國使用的趨勢，這也是技術(shù)和產(chǎn)品競爭之外的影響因素，也是動(dòng)力電池發(fā)展的分水嶺。

為什么這么多車企不約而同地選擇方殼？從技術(shù)端來看，主要還是方殼近兩年的在結(jié)構(gòu)上的技術(shù)創(chuàng)新比較多：

◎?比如，取消了模組，利用自身剛性來提高體積使用效率，降低成本

◎?再比如，方殼的大電芯方案，讓電池從1倍厚改為3倍厚，容量做到300Ah

◎?最后一個(gè)容易被忽視的原因，就是車企和電池企業(yè)的博弈，以及電池企業(yè)的產(chǎn)能。

我們可以看到電池廠商的產(chǎn)品情況：軟包電池主要是LG、SK on、AESC遠(yuǎn)景和國內(nèi)的孚能；方殼電池，一個(gè)是寧德時(shí)代，一個(gè)是比亞迪（刀片也是方殼的變種，融合的產(chǎn)物）。

國內(nèi)很多車企選擇和寧德時(shí)代合作，而寧德時(shí)代近幾年高速擴(kuò)張的產(chǎn)能，客觀上提高了方殼電池的市占率，同時(shí)也擠掉了其他產(chǎn)品的份額。

圓柱電池的式微，一個(gè)重大的原因是因?yàn)橘|(zhì)量一致性難以保證；而軟包在國內(nèi)熱度不高的原因，主要是還是由于供應(yīng)鏈不成熟、技術(shù)等因素，如果能克服這些問題，那么軟包是不是有進(jìn)一步發(fā)展的可能呢？

Part 2、軟包的發(fā)展空間

要預(yù)測軟包的發(fā)展高度，先來看看軟包電池在國內(nèi)發(fā)展遇到的瓶頸，主要的原因有兩個(gè)方面的：

● ?一個(gè)是供應(yīng)鏈上的原因：

◎?一方面是材料供應(yīng)的問題，包括鋁塑膜這樣的材料沒有國產(chǎn)化。

◎?另一方面，在中國車企要求規(guī)模化供應(yīng)的當(dāng)口，軟包需要給關(guān)鍵的產(chǎn)能供給一些爬坡時(shí)間。

●?另一個(gè)是技術(shù)層面的原因：

軟包電池的缺點(diǎn)在于：

◎?殼體強(qiáng)度低，成組技術(shù)中附加材料多，Pack打折率大

◎?鋁塑膜限制了電池的厚度，限制了容量，在體積能量密度這個(gè)方面的優(yōu)勢不突出，因此在與別的形態(tài)的電池競爭時(shí)有些吃虧。這也是軟包電池急需解決的問題。

但軟包電池并不是沒有翻盤的機(jī)會(huì)，因?yàn)檐洶陨硪灿忻黠@的優(yōu)點(diǎn)：

◎?尺寸靈活：可以根據(jù)汽車客戶的需求，調(diào)整產(chǎn)線

◎?熱失控管理：鋁塑膜變形空間較大，熱失控時(shí)電芯層級(jí)更容易泄壓

◎?重量能量密度：鋁塑膜，重量輕，非活性部分所占比重小，軟包電池容易把重量能量密度做高

◎?熱管理：極耳位置充裕，充放電過程中，熱量分布均勻；循環(huán)過程中，對內(nèi)部結(jié)構(gòu)產(chǎn)生的機(jī)械應(yīng)力小

◎?制造工藝：軟包采用疊片制造工藝，這個(gè)工藝與采用卷繞工藝的方殼相比，也有較大優(yōu)勢，之前我們專門有一期視頻講過這個(gè)事，這里就不多說了，有興趣可以再找來看看。也就是說，軟包需要克服供應(yīng)鏈和技術(shù)層面的難點(diǎn)，一旦能突破，就能把軟包 的優(yōu)勢充分發(fā)揮出來。

Part 3、國內(nèi)前端的軟包技術(shù)

目前的軟包電池中，有這樣的突破嗎？我最近發(fā)現(xiàn)，孚能發(fā)布的SPS（Super Pouch Solution）技術(shù)可以說為軟包的突破之路探索到一個(gè)正確的方向，也走在軟包技術(shù)的前端。

SPS主要圍繞大軟包電芯、大軟包電池系統(tǒng)、大軟包電池制造。在電芯的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)上，通過大電芯配合層疊布置，可以使電池系統(tǒng)部件減少50%，材料成本降低33%，提升體積利用率到75%。

在對軟包技術(shù)的揚(yáng)長避短，孚能的SPS大軟包電池是提出了一種解題思路，主要從以下三個(gè)方面：

●?解決熱失控的問題

軟包能否做CTP設(shè)計(jì)，是一個(gè)很大的挑戰(zhàn)。孚能SPS的設(shè)計(jì)是給軟包電芯做個(gè)殼體，把軟包堆疊在一起，可以直接集成到PACK甚至汽車底盤。對高效液冷板和導(dǎo)熱片的復(fù)合使用給大軟包電芯提供了“雙面液冷，三面?zhèn)鳠帷钡母咝峤粨Q，其中豎起來的液冷板可以起到電池PACK的支撐作用，也是可以起到安全防護(hù)作用的。電池系統(tǒng)的散熱效率提升很明顯。

SPS大軟包電池系統(tǒng)配置8系或更高鎳含量的電芯，依然能做到單體電芯的無熱蔓延或無熱擴(kuò)散，從而杜絕熱失控風(fēng)險(xiǎn)——當(dāng)一個(gè)軟包電芯出現(xiàn)問題，把熱失控限制在一個(gè)堆疊的模組，從而防止電池包整體起火。

●?整車匹配問題

軟包因?yàn)殡姵氐撵`活性，所以更容易解決整車匹配的問題。隨著汽車企業(yè)的能耗競爭、以及對空間布置提要求，各家電池廠都必須根據(jù)主機(jī)廠的需求調(diào)整生產(chǎn)線，相比方殼和刀片尺寸，這種大軟包尺寸可以做到更薄，也就讓汽車的底盤厚度可以更薄，車內(nèi)空間相應(yīng)地增大。

具體來說SPS“大軟包”臥式布局和疊片工藝技術(shù)，首先，是可以靈活改變的電芯厚度，覆蓋8mm-20mm的配置；其次，由于Pack高度=電芯厚度*電芯數(shù)量，大軟包還可以通過調(diào)整電芯的堆疊數(shù)量來控制電池高度——可以在85mm-145mm之間靈活調(diào)節(jié)；再加上不同能量密度的大軟包電芯，電池系統(tǒng)可擁有從80kWh-150kWh的不同容量，同款底盤、一款電芯就可以適配全系乘用車。

●?快充速度

電池快充是電池特性提升的下一個(gè)熱點(diǎn)，目前在800V車型上是一個(gè)剛性需求。孚能科技的SPS方案中，具備從2.4C到5C甚至更高的充放電倍率，一方面是通過冷卻方式改進(jìn)，提升電池系統(tǒng)的散熱效率；再加上控溫AI-BMS，增加了電池循環(huán)壽命——SPS的設(shè)計(jì)是可以超過3000次循環(huán)。

2021年開始，孚能就開始對800VTC的超壓超充技術(shù)進(jìn)行儲(chǔ)備，可以應(yīng)用到量產(chǎn)車型。對于消費(fèi)者來說，把10%-80%的快充時(shí)間從現(xiàn)在的40分鐘縮短到10分鐘，一杯咖啡可以實(shí)現(xiàn)快充補(bǔ)能，將極大改變整個(gè)行業(yè)格局。

小結(jié)：

總體來看，動(dòng)力電池的三種技術(shù)路線，圓柱、方殼和軟包都是各自有發(fā)展。軟包電池的技術(shù)路線一直很靈活，在持續(xù)的競爭中想要得到更多的份額，一定是把容量做大，結(jié)構(gòu)做簡單，才能更符合汽車的需求。在這個(gè)方向上，不斷有企業(yè)在提出電芯層面和成組方面的創(chuàng)新，對整個(gè)產(chǎn)業(yè)影響挺大。孚能作為在中國軟包電芯的代表，在軟包技術(shù)層面引領(lǐng)全行業(yè)，從技術(shù)方面做出一整套完整的解決思路，從中看到工程設(shè)計(jì)人員的功力。

另外，軟包電池面臨的產(chǎn)能難題，孚能科技也做出應(yīng)對：去年11月1日贛州30G的SPS大軟包電池工廠已開工，預(yù)計(jì)2023年下半年正式投產(chǎn)。另外，蕪湖一期24G SPS大軟包電池工廠也在建設(shè)中，可以期待一下。