軟包、方形、大圓柱，誰是固態(tài)電池封裝“最優(yōu)解”？

將方形、大圓柱應(yīng)用于固態(tài)電池的探索也正在進(jìn)行。

固態(tài)電池量產(chǎn)節(jié)點(diǎn)正在靠近，關(guān)乎技術(shù)路線的爭(zhēng)議，也不斷從固態(tài)電解質(zhì)向正負(fù)極材料、封裝形式、制造工藝等方面擴(kuò)散。產(chǎn)業(yè)力求在無數(shù)的搭配組合中尋找一個(gè)兼具性能與成本、既能解決基礎(chǔ)科學(xué)問題又便于量產(chǎn)突破的“最優(yōu)解”。

其中在封裝形式上，“疊片+軟包”一直被認(rèn)為最適合固態(tài)電池。然而，從國內(nèi)外固態(tài)電池團(tuán)隊(duì)的產(chǎn)業(yè)化嘗試來看，方形與大圓柱的形式也正在實(shí)踐中得到檢驗(yàn)。

從固態(tài)電解質(zhì)出發(fā)，目前氧化物、硫化物分別是半固態(tài)、全固態(tài)電池研發(fā)的相對(duì)主流選擇，由于它們?nèi)犴g性較弱，更需要采用疊片工藝來降低變形、彎曲或斷裂的概率。同時(shí),軟包封裝可為充放電過程中的體積變化提供空間。一旦內(nèi)部發(fā)熱,軟包電池會(huì)出現(xiàn)鼓脹,從電池表面最薄弱的部位鼓開,不會(huì)產(chǎn)生劇烈爆炸,安全性相對(duì)較高。

此外，由于軟包封裝采用的是鋁塑膜外殼，相比采用鋼鋁外殼的方形、圓柱封裝更為輕巧，可降低材料成本，有利于電池能量密度的提升。

另據(jù)LG新能源表示，由于其團(tuán)隊(duì)選擇基于硫化物電解質(zhì)的全固態(tài)技術(shù)路線，在電芯成型、系統(tǒng)應(yīng)用過程中均需施加額外壓力，采用軟包封裝更為容易，從而有效促進(jìn)離子的移動(dòng)，提升電池的整體性能。相比之下，提高方形電池的壓力不僅過程復(fù)雜，且成本昂貴。

據(jù)不完全梳理，寧德時(shí)代、孚能科技、國軒高科、贛鋒鋰電、衛(wèi)藍(lán)新能源、廣汽昊鉑等多家企業(yè)已將軟包封裝應(yīng)用于部分半固態(tài)、全固態(tài)電池產(chǎn)品上。隨著疊片效率的不斷提高，疊片軟包有望在成本上獲得優(yōu)勢(shì)，進(jìn)一步助力固態(tài)電池產(chǎn)業(yè)化。

不過，隨著固態(tài)電池量產(chǎn)持續(xù)推進(jìn)，方形封裝普及率高的影響也開始顯現(xiàn)，這種封裝形式也并沒有被完全舍棄。

三星SDI近期表示，雖然目前主要測(cè)試軟包固態(tài)電池，但其計(jì)劃在2027年實(shí)現(xiàn)的是方形鋁殼全固態(tài)電池的批量生產(chǎn)。

一方面，其認(rèn)為方形鋁殼可提高電池安全性，對(duì)外部沖擊具有較強(qiáng)抵抗力，有助于電動(dòng)汽車降低火災(zāi)風(fēng)險(xiǎn)。

另一方面，由于方形電池在動(dòng)力電池領(lǐng)域的普及率很高，在未來仍???將是主流選擇，這也是三星SDI將重點(diǎn)放在方形固態(tài)電池上的重要原因之一。

在國內(nèi)，蜂巢能源、清陶能源在初代半固態(tài)電池上，太藍(lán)新能源在超快充半固態(tài)電池產(chǎn)品上均采用了方形封裝形式。

有調(diào)研紀(jì)要指出，清陶能源最初進(jìn)行固態(tài)電池規(guī)劃時(shí)，擬全部采用軟包封裝。但或許是主機(jī)廠基于成本考量，要求改用方形鋁殼方案。目前智己L6所搭載的光年固態(tài)電池便是采用方形鋁殼方案。

從實(shí)驗(yàn)室角度來看，有文獻(xiàn)指出，目前生產(chǎn)固態(tài)電池最合適的電池形狀是平面形狀，即方形或軟包電池都可以，旨在保留固態(tài)電解質(zhì)的結(jié)構(gòu)完整性。至于哪種形式將被大規(guī)模應(yīng)用于產(chǎn)線上,可能取決于解決技術(shù)瓶頸后的降本速度。

另值得注意的是，在電芯標(biāo)準(zhǔn)化的趨勢(shì)之下，大圓柱+半固態(tài)的趨勢(shì)正在顯現(xiàn)。

衛(wèi)藍(lán)向蔚來汽車提供的第一代半固態(tài)電池，采用的是軟包封裝。但今年4月，衛(wèi)藍(lán)與江淮釔為簽訂固態(tài)電池合作協(xié)議，則將推進(jìn)的大圓柱半固態(tài)電池在新能源車上的應(yīng)用。

雙方將聯(lián)合開發(fā)4695大圓柱形態(tài)的半固態(tài)電芯，基于34Ah的電芯單體、實(shí)現(xiàn)超300Wh/kg的能量密度、支持整車600km-1000km的續(xù)航，計(jì)劃于2025年進(jìn)入批量生產(chǎn)。

江淮方面表示，此次合作是基于對(duì)標(biāo)準(zhǔn)化電池產(chǎn)品的需求，也納入了大圓柱形態(tài)“成本最低”、半固態(tài)電池提高性能的綜合考量。

正力新能在半固態(tài)電池技術(shù)研發(fā)上，也采取了與電芯標(biāo)準(zhǔn)化相結(jié)合進(jìn)行正向開發(fā)的策略。其已推出半固態(tài)超長(zhǎng)續(xù)航大圓柱電池，電芯能量密度達(dá)到306Wh/kg；相對(duì)應(yīng)的正力騏龍電池系統(tǒng)，系統(tǒng)能量密度超245Wh/kg，整包電量可達(dá)170kWh。

此外，馬車動(dòng)力、創(chuàng)明新能源等的半固態(tài)電池產(chǎn)品也是基于大圓柱形態(tài)。

除了以上三種傳統(tǒng)封裝形式，也有如QuantumScape一類的企業(yè)推出方形軟包結(jié)合的新封裝形式，以應(yīng)對(duì)鋰金屬負(fù)極的采用。

QS認(rèn)為，圓柱形電池的卷繞結(jié)構(gòu)不適合鋰金屬電池，方形和軟包電池則需要額外的機(jī)制來適應(yīng)負(fù)極膨脹，或?qū)﹄姵責(zé)峁芾砗涂斐湫阅墚a(chǎn)生影響。

方形與軟包結(jié)合，即由方形結(jié)構(gòu)搭建框架、軟包作為外層包裹，兩者共同支撐起來的空間，便是鋰金屬在充放電過程中膨脹和收縮的空間，充滿電時(shí)電池正面才會(huì)與框架齊平。

總的來看，無論是沿用舊有封裝形式，還是開辟新的結(jié)構(gòu)，固態(tài)電池封裝路線在確定后都將為產(chǎn)線與相關(guān)設(shè)備的應(yīng)用帶來新的空間。業(yè)界仍在不斷探索和優(yōu)化，以期找到最適合固態(tài)電池的封裝解決方案。