为什么全球不同国家选择不同技术路线？溯源锂电池封装发展史

全球锂电芯的封装形态变化是研究动力电池发展史非常有意思的切入点。锂电池行业经历了长达30年的发展，全球封装形态目前却形成了各区域显著不同的结果。

中国以综合性更强的方形电池为主导、软包和圆柱为辅，电芯总产能冠绝全球；美国车企则以圆柱和软包为主，圆柱主要感谢特斯拉在美国有超过70%的市占率，而底特律汽车三大则坚持能量密度更高的软包；欧洲以软包电芯为主导、方形次之，其中纯电车型坚持长续航的软包，德系车企对更符合车规级的方形则青睐有加。

有没有想过，为什么是这样？为什么全球不同国家选择了不同的电池封装技术路线？

不同路线各有优劣，如今技术格局复盘下来很大程度要归因于历史原因——历史时间轴上三种封装形态的成熟度与创新加速度有所差别，因此也影响了各区域主机厂和电池厂在不同历史节点对电池技术路线的决策。接下来让我们归根溯源来看锂电池封装形态的发展历史。

2021年全球主要区域电芯封装形态分布

本文包含以下内容，阅读需要30分钟。

圆柱电池开创者——索尼大法好

日本人内卷——松下后来居上

美国特斯拉顶一把——吹过的牛逼都得实现

松下与特斯拉的蜜月期——广场协议之后的活久见

软包和方形电池的反击——中韩登上舞台

软包电池快速占领全球市场三分之一

马斯克口嫌体直，死磕圆柱电池做“大”对抗软包

“宁王”携方形电池强势崛起

中国特色的动力电池发展路线

天下三分，4680或将带来电池行业新变局

圆柱电池开创者

索尼大法好

圆柱锂电池历史最为悠久、其采用的卷绕工艺也最为成熟，带来了又便宜又安全的优势。圆柱电池的内部结构可以比喻为一个驴打滚，千张卷盘踞在外壳之内，类似滚同心圆的卷绕工艺相较叠片等其他工艺流程最为简洁，易于实现标准化、自动化，加工成本低廉，电芯产品一致性高，且圆柱单体间的空隙带来了极佳的散热性，安全系数高。追溯圆柱电池应用历史，早在1973年，世界上第一款移动手机、美国摩托罗拉的DynaTAC 8000X就采用了6节圆柱形态的镍镉电池，但由于材料体系受限、充电耗时10小时只能通话30分钟，因此研究者一直在探索新一代的锂离子电池。

搭载圆柱镍镉电池的世界第一款移动手机——摩托罗拉DynaTAC 8000X

1980年牛津大学著名的“锂电池之父”约翰·古德纳夫（John Goodenough）及团队突破性发现了钴酸锂正极材料，这种钴和锂的金属氧化物可以在4伏的电压下支持半数的锂离子脱出而不坍塌，是当时性能遥遥领先的正极方案，但受限于负极采用锂金属的锂枝晶和粉末化问题，锂电池一直没有大规模商业化。

直至1991年，索尼发布了人类历史上第一个商用锂离子电池，通过当时已经成熟且简洁的卷绕工艺形成了18650圆柱电芯，能量密度达到80Wh/kg，约为当时镍氢电池的2倍。这一发明背后起到决定性作用的是来自索尼的技术合作方旭化成公司的吉野彰（Akira Yoshino），他在1985年就开创性的使用石墨代替锂金属作为负极，搭配来自古德纳夫的钴酸锂正极，根本上改善了锂电池的循环寿命问题——圆柱钢壳包裹锂过渡金属氧化物和石墨分别作为正负极材料的组合初具雏形，吉野彰也和古德纳夫于2019年共同拿下诺贝尔化学奖。

至于最后拍板直径18mm、长度65mm的圆柱电芯规格18650，则有一定偶然性，当时这个电池最开始是为了索尼自家的手持摄像机量身打造，如果做成5号电池（14500）则容量不够；做成2号电池（26500）则尺寸又太大，所以18650就这样被“妥协”出来了。随后，索尼这款18650钴酸锂电池被迅速用到全球随身听、摄像机、相机、手机、笔记本电脑等各类便携设备中，1994年索尼成为最大笔记本生产商戴尔的电池供应商。

早于1997年，索尼就与日产汽车进行了车载锂电池的合作，帮助日产制造出世界上第一辆使用圆柱锂离子电池的纯电车型Prairie Joy EV，续航可达200公里，最高时速120公里/小时，用于日本北极观测科研任务。Prairie EV曾经连续6年担负日本国家北极考察队从基地研究站到城镇、机场的日常运输重任，且在没有日产汽车提供技术支持或维护的情况下，未出现任何故障。但是由于高昂的BOM（Bill of Materials，物料清单）成本和充电基建投资强度，日产没有信心把它投放到C端市场，仅仅限于车队to B销售，从1997年起向各个实体出售了大约30台车。

可惜的是索尼随后在战略上否定了汽车动力电池领域，直至2016年才重新正式宣布进入车用锂电池领域，错过了动力锂电池跑马圈地的时代。由于智能手机时代以圆柱为主的索尼逐步落后于以ATL（宁德新能源科技有限公司）为代表的中国3C软包电池厂商，索尼锂电池业务陷入亏损，最终2016年底索尼将电池业务仅以11亿人民币价格出售给了村田，可谓起了大早、赶了晚集。

搭载索尼圆柱电池的日产Prairie Joy EV 在北极

日本人内卷

松下后来居上

索尼开创了圆柱电池，但真正将其在动力电池领域发扬光大的则是他的老对手松下。松下紧随索尼之后的1994年完成了对18650圆柱电池的开发，并且积极进入动力电池界。相比于索尼与日产对纯电车型的坚持，松下更具产业化角度的实用主义战略眼光，选择了过渡形态的油电混合动力路线进行弯道超车——与混动鼻祖丰田公司结成战略合作伙伴，1996年松下和丰田成立合资电池公司Primearth EV Energy (PEVE)。

随后丰田于1997年推出了世界上第一个真正意义上大规模生产的混合动力车款丰田普锐斯Prius Hybrid，混合油电双引擎与行星齿轮系统后搭载了松下1.73kWh的圆柱镍氢电池，镍氢当时较锂离子电池更具稳定性。Prius这款车平均油耗仅为3.6L/100km，大幅低于当时油车新款8L/100km的油耗，油耗表现出众，因此尽管外观设计保守平庸、但仍在欧美市场获得了不错的接受度，最终Prius一代全球销量突破了12万辆。但由于Prius一代近17000美金的定价远远无法覆盖其约32000美金的BOM成本，这款一代车最终于2003年停产。

搭载1.7kWh容量松下18650圆柱镍氢电池的丰田一代Prius Hybrid

美中不足的是混动车型Prius一代良好的出货量并没有帮助松下站稳动力电池龙头地位，一是因为混动车型毕竟电池包带电量较低、单车不足2度电，12万台累计出货也仅有200MWh；二是因为混动产品多继承自油车平台，要求电池包能灵活设计来更好的匹配“油改电”后受限的车身空间，但圆柱电芯相对固定的尺寸标准和矩阵式排列方式难以满足对电池包规格和体积进行定制开发的要求，这也为后来软包和方形电芯的崛起埋下了伏笔。

期间松下也在努力尝试联同丰田积极推出纯电车型，1997年同年松下圆柱镍氢电芯也装机了丰田纯电SUV车型RAV4 EV，电池容量为27kWh，满电的续航里程可达190km。但这款纯电车型与日产当时预计的情形类似，市场反响较差，仅售出1484辆、且其中只有328辆卖给了C端消费者，大头只能被租赁公司吃下。直到2003年RAV4 EV纯电车型停产，丰田重新把战略聚焦回混合动力车型上。但在松下角度如何进一步推动车载电池产业规模增长仍旧是一个难题。

所幸松下在2008年经济危机期间发现了产业整合机会，最终斥资46亿美金对日本同行三洋电机进行了控股权收购。三洋电机自1995年研发铝壳方形电芯后也兼具了18650圆柱电芯技术，当时位居锂电池份额世界第一，并且方形电芯相较圆柱电芯拥有高成组效率和空间灵活性、更适合对空间利用率要求高的混动车型，这也帮助三洋成功从松下手里拿下了丰田普锐斯二代新车型。松下也凭借这项收购成为了全球最大锂电池供应商、也重新抢回了丰田的订单。但命运的齿轮开始转动，这笔交易背后还藏着个更大的礼物——三洋电机正是特斯拉最初选定的锂电池供应商。

搭载了53kWh容量松下18650圆柱钴酸锂电池的Tesla Roadster一代

美国特斯拉顶一把

吹过的牛X都要实现

特斯拉及其创始团队与圆柱电池的结缘由来已久。

2003年，特斯拉最早的创始人硅谷企业家马丁·埃伯哈德接触到了从通用EV-1铅酸电动车项目团队出来的汤姆盖奇和他的AC Propulsion公司，当时他的第一款铅酸原型车T-zero已经可以做到百公里加速4.9秒、但续航只有130公里。于是以埃伯哈德以15万美金注资为交换来委托AC Propulsion进行锂离子电池版本车型的开发并开放给他技术授权。开发重点是研究如何使用标准的现成18650圆柱锂电池，做过电子阅读器创业的埃伯哈德当时已经体会到18650是当时条件下品质最好、价格最便宜的电池，但难点是做到纯电长续航需要在电池组中使用成千上万个这样的小圆柱电池，电池容量相当于之前日产、丰田纯电车型的一倍以上。

马丁·埃伯哈德做完调研工作后，于2003年7月成立了特斯拉公司。同年9月AC Propulsion在委托下完成了T-zero锂电版原型车的开发，搭载了数千块笔记本电脑上的18650电池，性能上百公里加速达到了3.6秒、同时续航大幅增加到了480公里，验证了大量小圆柱电池用于长续航纯电车的可行性。

硅谷早期明星电动车T-zero，最早验证了数千块18650电池用于长续航纯电车的可行性

随后就是大家都知道的，特斯拉公司在2004年3月经AC Propulsion介绍、获得了马斯克640万美金的注资，马斯克也拉入了他投资的另一家计划用锂离子电池制造电动车的创始人JB.施特劳贝尔加入特斯拉作为联创与CTO。值得一提的是电池专家施特劳贝尔从大学期间就在尝试打造电动车、也同样对大量串联上万块锂电池装车有着构想，情投意合的特斯拉创始团队就此组建起来。