圓的，方的，扁的，長的，車用動力電池形狀差異巨大。

尺寸的種類更加繁多。僅2017年，中國國家推薦標準中的《電動汽車用動力蓄電池產(chǎn)品規(guī)格尺寸》就多達145種。

與之相對應(yīng)的是，歐洲的VDA標準，2012年左右出臺的標準尺寸為10種，其中方形電池5種、圓柱1種、軟包電池4種。

這么多電池規(guī)格，多年來各自發(fā)展，到現(xiàn)在，仍然還紛繁復(fù)雜。

不過，熙熙攘攘之間，仍然可見流向。

隨著電池產(chǎn)業(yè)和汽車產(chǎn)業(yè)的合作加深，對于車用動力電池場景、需求的把握，以及高標準電池制造工藝的引入，動力電池在形態(tài)上，出現(xiàn)了幾個明顯趨勢：

·電芯變大：比如圓柱從18650，到21700，再到4680演進；方形電池要么走向長薄條（比亞迪的刀片和蜂巢的短刀），要么走向又厚又長的方塊；軟包從適用VDA模組，到MEB的590模組……

·結(jié)構(gòu)變強：像特斯拉的4680，以及比亞迪、寧德時代、蜂巢的電芯或者采用CTP，甚至考慮CTC，電芯成為整車的結(jié)構(gòu)件。

·能量密度和成本、安全拉鋸：隨著續(xù)航里程的提升，車企不再一味追求能量密度，而試圖在成本和安全性上均衡考慮。

為什么有這些趨勢？電芯會一直變大嗎？

《電動汽車觀察家》特地訪談了業(yè)內(nèi)十余位專家和企業(yè)相關(guān)負責(zé)人，試圖還原出動力電池單體規(guī)格的演進歷程，并嘗試總結(jié)其中規(guī)律，幫我們預(yù)判未來電池規(guī)格進化方向。

注： 本文中尺寸單位皆為mm。

01

圓柱：消費類電池的直接應(yīng)用

電動汽車其實比燃油車更早被發(fā)明出來，但是，由于內(nèi)燃機的高速發(fā)展，電池驅(qū)動的車輛被拋在了歷史車輪之后。

不過，車企從未放棄電動汽車。上世紀90年代，標致、通用、日產(chǎn)等企業(yè)還在不斷嘗試用電池驅(qū)動汽車。（具體內(nèi)容參見“車用動力電池簡史”，配合食用更佳。）

到了21世紀，初步競爭有了結(jié)果。能夠量產(chǎn)，并有一定影響力的只有日產(chǎn)和特斯拉。而日產(chǎn)和特斯拉，一開始都將圓柱電池作為首選形狀。

日產(chǎn)的電動汽車大家會想到聆風(fēng)。其實，更早的日產(chǎn)電動汽車叫Prairie Joy EV，也用圓柱電池，只是遠沒有特斯拉量產(chǎn)的Roadster名氣大。

Roadster

就從特斯拉開始講起。

（1）圓柱——特斯拉的首選

特斯拉首款車——電動超跑Roadster，在眾多電池中，選中了穩(wěn)定性和成本最優(yōu)的18650電池。

1991年，日本索尼公司發(fā)明了18650電池。這是全球首個商用鋰離子電池。為了節(jié)省成本，索尼將這種鋰離子電池型號定為18650，其中18表示直徑為18，65表示長度為65，0表示為圓柱形電池。

圓柱電芯是電池領(lǐng)域最為古老的形狀，其工藝當時最成熟、成本也最低。

這一型號電池的誕生，或許是偶然，但是趕上3C、小家電產(chǎn)品市場的爆發(fā)，該型號的流行則成為了必然。

該型號一經(jīng)面世，就被日韓各大電池企業(yè)競相量產(chǎn)，成為消費電子領(lǐng)域最暢銷的電池型號之一。

特斯拉的創(chuàng)始人之一馬丁·艾伯哈德，是一個跑車愛好者，同時對于美國石油對中東的進口依賴以及對于全球氣候變暖有著深刻的擔(dān)憂。這最終促使他與馬克·塔彭寧共同創(chuàng)立特斯拉。

兩位創(chuàng)始人對電池并沒有自研和生產(chǎn)的能力，唯一的選擇就是去市場上選取合適的電池。經(jīng)過神農(nóng)嘗百草般的試用，選中了18650圓柱電芯。

經(jīng)過仔細對比，當時的特斯拉電池技術(shù)總監(jiān)Kurt Kelty認為，松下的18650電池在能量密度、循環(huán)穩(wěn)定，以及批次重復(fù)性上有絕對優(yōu)勢。

但是松下方面則認為，筆記本電腦根本無法應(yīng)用在汽車領(lǐng)域，進而拒絕了特斯拉。

不死心的特斯拉將電芯拼成組，拿去給松下看。

松下方面雖然看到了可行性，但是仍然認為電池成組后，安全隱患很大，再次拒絕特斯拉。

直到特斯拉拿出了電池的冷卻方案，松下才勉強答應(yīng)，但同時約法三章：1．特斯拉不能對外宣稱電池供貨商是松下；2．出現(xiàn)問題概不負責(zé)。

2009年，松下押注的離子電視業(yè)務(wù)失敗，損失了40億美元。急于通過新業(yè)務(wù)將自身拉出泥潭的松下，堅定了與特斯拉的合作意愿。

從這番拉扯可以看出，松下方面，根本不認為消費類電池真能夠用在車上。

好在特斯拉憑借強大的電池成組技術(shù)，基本做到安全和性能兼顧，從而一炮打響。

隨著松下對特斯拉之間的合作越加深入，雙方開始在電池設(shè)計層面和材料層面進行改進。

毫無疑問，從消費電池直接拿過用的18650，有太多改進空間。一個簡單的邏輯就是將電池尺寸放大，減輕成組的復(fù)雜程度，提升能量密度，同時還要保證原有的良品率。

另外，材料方面，負極材料改用含硅的硅碳復(fù)合材料，以提升能量密度。

由此，21700電池便隨之誕生，相比18650更“胖”了許多，個子也略高。

如果將18650比喻成“小學(xué)生”，21700進入到“中學(xué)生”階段，體積、容量和能量密度都明顯提升。

2016年一季度開始，美國內(nèi)華達州建造超級工廠Gigafactory開始生產(chǎn)21700。

當時松下為Model 3獨供這款電芯。特斯拉Model 3通過采用這款電芯，有效提高了能量密度和容量，減少了電芯數(shù)量和 PACK 附件，輕量化升級從而帶動了整車成本和價格下降。

松下最先為特斯拉提供的18650電池受限于體積和關(guān)鍵組件，容量普遍在2．2－3．6Ah之間，而21700初代就能做到4．8Ah，并向著5—5．3Ah的容量發(fā)展。

相比于18650電池，21700提高了約20％能量密度，接近300Wh／kg。

而隨著特斯拉逐漸做大，松下的產(chǎn)能和利潤都沒能跟上，積怨已深的雙方，發(fā)生了齟齬。2019年，特斯拉和松下的口水戰(zhàn)成為輿論關(guān)注的焦點。

此時的特斯拉意識到，僅依靠第三方供應(yīng)商，或許很難跟上他們的速度和成本要求。出于對核心零部件的掌控和增加談判籌碼等方面的考慮，特斯拉自研電池的計劃加緊推進。

沒想到的是，特斯拉不僅堅決自研，而且很快扔出“王炸”級別的產(chǎn)品。

2020年9月，特斯拉在電池日上發(fā)布了4680圓柱電池，單顆電芯的容量相比21700提高5倍。

圓柱電芯再次變“胖”，個子還是只高了一點點。

4680

此時，圓柱電芯進入到“大學(xué)生”階段，相比21700，4680的成本進一步降低，容量、功率等再次大幅提升。

成本方面，由于電池組所需電池數(shù)量減少，金屬外殼占比減少，結(jié)構(gòu)件和焊接數(shù)量也顯著減少，成本隨之下降，相比21700電池降低14％。

在性能方面，4680電池創(chuàng)新的采用了全極耳技術(shù)使電池電流通路變寬，內(nèi)阻大幅減少，內(nèi)部損耗隨之降低，進而大幅提升了電池功率，6倍于21700電池。

2月19日，特斯拉通過官方社交平臺宣布，今年1月份，其已生產(chǎn)出第100萬塊4680電池。

之前特斯拉CEO馬斯克在電話會議上表示，4680電池將在2022年第一季度率先用于Model Y車型。

除了特斯拉，松下、LG等企業(yè)都在研發(fā)生產(chǎn)這一型號電池，以供應(yīng)全球第一大電動車企。

（2）中國圓柱采用跟隨戰(zhàn)略

并不是只有特斯拉在嘗試用圓柱電池來造電動汽車。

1998年，在特斯拉還沒有成立時，中國的老牌電池企業(yè)——天津力神，已經(jīng)建成30萬支18650電池產(chǎn)能。不過此時的產(chǎn)能，針對的還是手機等3C產(chǎn)品。

在看到特斯拉應(yīng)用18650成功后，中國企業(yè)也加快了18650的車用化。

2012年，力神的18650電芯率先實現(xiàn)裝車銷售，搭載在江淮的iEV2，只有100輛；2014年，開始搭載在康迪上；2015年又批量搭載江淮的iEV5上。

在同一時期，中國的比克電池也開始摸索將18650電池應(yīng)用在車輛上。2010年，比克跟東風(fēng)合作，供應(yīng)電池為臺灣花博會會務(wù)車輛提供動力驅(qū)動；同年，這款電池與北汽福田合作，成為北京市新能源出租車示范車型。

2014年，比克又將2．4Ah圓柱18650電池實現(xiàn)量產(chǎn)。

在中國大力推動新能源汽車背景下，看到商機的韓國電池企業(yè)紛紛進駐中國，2014年三星SDI在西安建廠，同樣選擇18650圓柱電池路線，次年開始向江淮汽車供應(yīng)。

在特斯拉采用21700后，中國以力神電池為代表的企業(yè)也開始引入該型號。2017年，力神的21700率先量產(chǎn)，并搭載在一款純電動物流車上。

在21700電池崛起的同時，以國軒高科為代表的企業(yè)也開發(fā)出32131、32135尺寸15Ah的磷酸鐵鋰圓柱電芯。目前國軒高科32mm直徑產(chǎn)品，主要應(yīng)用在北汽、江淮、奇瑞等小車上。

再后來，在特斯拉引領(lǐng)下，4680也引入中國，億緯鋰能、比克等企業(yè)都在追隨這一路線，試圖供應(yīng)給特斯拉或者其他大圓柱路線的車企。

（3）圓柱電芯成組難度大

圓柱電芯運用最為出色的特斯拉，其第一款量產(chǎn)的Roadster的模組，也是豐田汽車幫助設(shè)計的。

但是豐田自身選擇的方向卻是方形電池，未選擇應(yīng)用圓柱電芯。由此可見，當時的小圓柱電芯并非車企首選。

在中國，也僅江淮汽車算是圓柱電池的最忠實的用戶。

一位CATL的前工程師宋先生告訴《電動汽車觀察家》，理論上圓柱電芯應(yīng)該是成本最低的方案，但難在成組，特斯拉當時采用的是鋁絲鍵合工藝，這種工藝在十多年前主要用于電子行業(yè)，當時國內(nèi)并沒有汽車零部件企業(yè)能做。

“當時企業(yè)的思路就是沖壓一個鋁排或銅牌，然后對應(yīng)電芯的極柱點，把母排對應(yīng)的點壓下去與電芯激光焊接，但是這種設(shè)計很容易出現(xiàn)漏焊或脫落的情況。”宋先生說道。

宋先生回憶說，其實車企完全也可以讓供應(yīng)商想出辦法來解決，例如用多層塑料框架將多個電芯頭尾串聯(lián)成一個長模組。但受制于當時的歷史環(huán)境，絕大部分設(shè)計都沒有充分利用當時有限的包內(nèi)體積，導(dǎo)致圓柱電池的優(yōu)勢完全沒有發(fā)揮出來。

宋先生認為，2015年前，中國的車企對汽車電氣化和新能源汽車的反應(yīng)也相對遲鈍，沒有正兒八經(jīng)的去研究、改進。

在宋先生看來，當時車企高層將大部分精力放在了賺錢的合資車領(lǐng)域，對于新能源汽車這種政治任務(wù)主觀能動性都不強?！霸诋敃r量少的情況下，供應(yīng)商也很難配合，開模成本很高，早期完全不能攤銷出去。”

“2012－2014年，新能源汽車沒有放量，采用圓柱電池的電動汽車沒有做起來，僅僅有北汽，江淮，奇瑞等車企做了一點點嘗試性的采用圓柱電芯的樣車。等到2016－2017年，電動汽車開始上量時，因為政策和電芯廠商等多種原因，電芯又被寧德時代和比亞迪壟斷了市場?！彼蜗壬f。

此外，宋先生認為，圓柱電池在中國電動汽車高速發(fā)展期也沒發(fā)展起來，還有一個原因，即圓柱電池成組時，電池排布上會留下很多“死”空間，體積利用效率較低，不利于體積能量密度的提升。

即使現(xiàn)在，中國市場圓柱電池占比提升，也是由于特斯拉的應(yīng)用拉動；隨著特斯拉寧德時代磷酸鐵鋰方形電池的應(yīng)用于特斯拉，圓柱電池的占比再次回落。