关于软包动力锂离子电池的技术发展趋势详解

目前动力电池较为成熟的有三种封装方式，软包、方形、圆柱。三种封装形式的电池各有优缺点，三者对比，软包电池，比容量高、安全性好、循环寿命长，内阻小，设计灵活，但是一致性较差，成本较高，容易发生漏液。由于前几年软包锂电池设备的自动化程度不高，从而会使得一致性较差点，但目前国内外设备公司加大了研发投入。桑顿新能源公司三厂目前锂电池产线设备自动化程度达到90%以上，一致性得到比较好的解决，软包电池会是未来发展的趋势。

 

第二部分介绍下软包电池技术特性。在相同容量下，软包电池的重量和体积最小；在相同的体积下，软包电池的容量最高。在其他条件相同的情况下，较铝壳和圆柱，软包电池的体积能量密度和质量能力密度最高。目前我们的数据是来自于高工锂电。

 

目前，主要从电芯设计、模组、Pack轻量化方面进一步提升电池系统能量密度。2017年开始，国内主流的电池厂加大了三元布局，现如今高镍高压三元和硅碳是主流的技术路线。从200-280，变正极，从低镍到高镍，或者低压到高压；280-300，变负极，由石墨到硅碳；300-350，三元变富锂锰基；350以上，要么变电解质，由液态变固态，或者更换锂离子电池体系，发展锂硫电池或全固态电池。

 

Pack轻量化，可以在很多方面做工作。可以使用一些轻量化的材料，可以优化一些设计，采用CAE的辅助，提前做一些仿真。电芯方面，可以选择一些能量密度高、电池尺寸标准化的电芯，像100302这款电芯既符合国标又符合VDA的尺寸，也可以在箱体、模组方面进行一些设计优化。另外在制造工程、结构设计方面也可以做一些优化。Pack轻量化也是未来的趋势。

 

这是从这几年国外一些一流的整车厂的主流车型搭载软包电池系统能量密度的数据。这些车型主要使用软包电池，韩国现代今年有两款车搭载了LGC公司的 NCM811体系电池。这款电池据报道量产时间推迟了。我个人分析的原因可能有三个：一是，NCM811材料和电芯制造成本高，虽然钴的含量降低了，但制造工艺复杂，对环境湿度要求很高；二是，NCM 811材料的热稳定性较差，导致NCM 811体系电芯的安全性低；三是，NCM 811体系电芯循环寿命较短，可能无法满足整车需求。

 

我们对不同类型电池的事故率进行的统计，16-17年，国内新能源汽车火灾事故分别发生29起和16起。配套车型看，方形电池事故较高，无论是事故次数还是车辆数量占比均超过一半；18年上半年，国内共发生8起，方形和圆柱各一半；根据统计的数据来看，软包电池安全性相对来说最高。软包锂电池采用铝塑膜作为包装外壳，在发生安全隐患的情况下，软包锂电池最多只会鼓气裂开，从封口处释放能量，而不像钢壳铝壳锂电池那样会产生较大内压而发生爆炸。目前，软包锂电池大部分仍采用液态电解质，少数采用凝胶态电解质，随能量密度发展，固态锂电池发展是必然趋势，锂电池安全性会进一步提高。

 

我们还对不同类型电池的成本进行了统计，从包装成本来说，圆柱、方形、软包的包装成本是相似的，差异不大。但在包装材料的构成方面，方形铝壳的成本是最高的，方形铝壳为了降低单位Wh的成本必须把电池容量做大，但随着成本会降低，安全性也会降低，它可能会热失控，中间有一些热量传递速度会有限制。不同容量的软包电池，包装材料成本相似，相对来说降低单位瓦时成本难度更大。软包电池的容量，一般在50~60Ah左右。

 

我们对软包电池各组分重量和成本占比进行了分析。发现铝塑膜重量占比为3.0%，成本却占到整个锂电池总成本的8%，成本构成中占到第三位，成本占比较大。这主要是由于铝塑膜的制备工艺及市场情况导致的。目前，国内软包动力电池所用铝塑膜有90%以上都是进口。

 

在这简单介绍下铝塑膜结构。铝塑膜主要由外层尼龙层、中间铝层、内层CPP/PP层三层组成，特种铝层和CPP/PP层 技术壁垒高，产品要求严格，全球铝塑膜市场仍主要由日韩企业垄断，日本DNP和昭和电工两大巨头合计市场占比超过70%。DNP和昭和电工分别是热法和干法的代表企业。    

 

国产铝塑膜遇到的常见的技术问题是国产铝箔在表面处理上有缺陷，稳定性差，另外CPP层材料未完全攻克，绝缘和耐高温性都存在问题。近些年，国产铝塑膜企业在材料技术工艺、设备等方面都在不断完善更新，而且在产品质量、产品一致性和耐电解液性能上有了质的提升。ATL、光宇等已开始批量应用数码类国产铝塑膜；同时动力电池领域，新纶科技通过收购日本T&T的成熟铝塑膜工厂和专利技术，成功将铝塑膜产品导入国内动力电池企业。国内企业通过技术的内生突破、引进吸收以及外延收购等发展途径，国产化已势不可挡。

 

铝塑膜国产化后，软包动力电池成本将降低，国产铝塑膜企业有新纶科技、 紫江企业、道明光学、福斯特等。铝塑膜国产化，铝塑膜成本每平降低5-7元后，软包动力电池总体成本降低1.5%左右，可以加速提高软包电池在新能源汽车市场的占有率。

 

第三部门介绍下软包电池市场化趋势。三种类型电池产能占比均不小，其中方壳电池占比较大。软包电芯凭借着能量密度高、安全性能好、设计灵活的特点，有望加速提高软包电池在新能源汽车市场的渗透率。目前，软包电池在新能源乘用车市场占有率还是比较高。这是高工锂电统计的2017年搭载不同结构电池全球新能源乘用车（top20）数量占比，其中软包电池占比达37.4%，比方形铝壳电池(32.8%)高；这是2017年搭载不同结构电池中国新能源乘用车（top20）数量占比，其中软包电池占比达44.9%，比方形铝壳电池(48.7%)略低。预计，2020年三元材料的动力电池需求量将上升至71.6GWh，占比由目前的22%上升至50%左右。而三元动力电池，使用软包电池占比较大。

 

高工锂电数据显示，2017年动力软包电池需求量为6.5GWh，市场渗透率为12%。业内预计2018年动力软包电池需求达到10.9GWh，市场渗透率14%；2020年市场需求达到79.4GWh，渗透率将提升至40%。原因：一是市场对高能量密度电池的需求，实现300Wh/kg电池目标，只有软包才可以，力神，国轩，CATL已经有软包线了；二是，锂硫电池和全固态电池，就目前的工艺、设备、结构设计适合走软包电池路线；三是，安全问题，软包电池相对来说更加安全。