锂离子电池商业化以来，业界对锂电池的三种封装路线：方形、软包和圆柱，孰优孰劣的争论从未停止。这三种电池中，有绝对的赢家吗?
从全球市场和技术特征来看，下一代动力电池商业化之前，方形、软包和圆柱电池将并存于电动汽车市场。全固态电池技术成熟后，软包电池的优势会进一步显现，不过，这将是一段漫长的过程。
观市场：方形势强，圆柱紧随软包
目前，市场上的锂离子动力电池按照外形，或者封装方式可以分为方形、软包、圆柱三种。
在汽车生产商和电池制造商的长期磨合中(也可能是车厂自己造电池)，不少企业都形成了自己比较擅长的电池封装路线，下表列出了全球主要新能源汽车车型应用的电池类型。
从全球范围来看，搭载方形电池的车型多于软包电池，圆柱电池应用的数量最少。方形电池覆盖了中、日、韩电池企业，软包电池以中、韩电池生厂商为主，圆柱电池供应商绝大多数是中、日企业。
麦肯锡：方形/软包/圆柱没有绝对赢家
市场占有率高低能代表三种不同封装方式的优势大小吗?麦肯锡公司一项调查得出的答案是，不能。
2017年10月，麦肯锡和美国汽车评估公司A2Mac1将十款主流电动汽车拆解，并对电池等核心零部件做了评估，十款车型涵盖了方形、软包和圆柱三种电池。
调查车型包括：2011版日产聆风、2013版大众e-up!、2013版特斯拉ModelS、2014版雪佛兰Spark、2014版宝马i3、2015版大众e-Golf、2015版比亚迪e6、2017版日产聆风、2017版雪佛兰Bolt和2017版欧宝Ampera-e。
麦肯锡指出，三种形状电池的优点和缺点都很显著，就不同电池对电动车性能的影响而言，没有绝对赢家。相比电池封装方式，是否是正向研发对电动车的程价比影响更大。
调查结果显示，在十款车型中，圆柱电池的电芯能量密度最高，接近245瓦时/公斤，紧随其后的是195瓦时/公斤的软包电池和160瓦时/公斤的方形电池。系统能量密度方面，三种电池的差距不大，圆柱、软包和方形电池分别为132瓦时/公斤、138瓦时/公斤和104瓦时/公斤。
另外，从2011年到2018年的七年间，这三种封装方式的电芯能量密度均实现了30%以上的增长。
那么，既然三种封装方式并没有明显的优劣之分，为何市场占有比例会有较大差别?
一位电池企业技术负责人表示，选择哪种电池，主要原因是企业对电池综合性能的平衡和车型设计偏好不同。综合性能包括：能量密度、安全系数、生产效率、寿命长短、生产成本、充放电倍率、产品一致性和工艺难度等，它们密切相关，又相互牵制。
用以上技术负责人的话来说，控制这些性能“就像用一只手抓着一个已经很大的气球，任何一根手指用力过度，气球的另一端都可能因承受不住压力爆掉”。所有企业都要在这几项性能间寻得平衡——而这并非易事。
能量密度越高，软包优势越大
不同于主要使用不锈钢外壳或铝制外壳的方形电池和圆柱电池，软包电池多使用更轻更薄的铝塑膜，重量轻，能量密度大。
不过，上述技术负责人指出，由于单体没有金属外壳，软包电池的高能量密度，主要体现在电芯上，但单体的壳的重量其实转嫁到了模块上，到最终产品的电池包，软包电池的能量密度优势不一定能体现出来。
在一位动力电池技术专家看来，软包电池的能量密度优势，主要体现在做到300瓦时/公斤的水平时。他认为，圆柱和方形电池要做到230-240瓦时/公斤都没有问题，软包的能量密度会稍微高一些;但能量密度继续提升时，软包电池的优势就更加明显了。
同等情况下，方形电池的能量密度普遍比软包电池低20-30瓦时/公斤，如果软包达到300瓦时/公斤，方形只能达到270瓦时/公斤左右。因此，企业在实验室中开发高能量密度产品时，软包成为主流的选择。
为什么能量密度越高，软包的优势越突出?
上述专家表示，对企业而言，除了提高能量密度，还必须考虑循环、安全和生产效率等因素。由于软包的铝塑膜外包装很轻，70-80安时的电芯就能做到300瓦时/公斤的能量密度，方形电池受限于外包装重量大，能量密度要做到300瓦时/公斤，电芯容量就会达到200安时左右，这样一来，技术难度加大了，生产效率降低了，劣势比较明显。
PNNL研发的300瓦时/公斤的软包电池构成
2018年6月，美国太平洋西北国家实验室(PNNL)发布报告称，该实验室与布鲁克海文国家实验室(BNL)、斯坦福直线加速器中心(SLAC)、斯坦福大学、通用汽车和纳维塔斯系统公司(NavitasSystems)等已经合作开发出能量密度大于300瓦时/公斤的锂金属软包电池，并且实现了100次以上的稳定循环。
未来，这些机构还计划开发能量密度达到500瓦时/公斤的软包电池。
软包最安全?相对的
安全系数较高也是软包电池的一项优势。
上述技术专家指出，由于外包装采用的多是铝塑膜，一旦内部出现问题，软包电池就会出现鼓胀，从电池表面最薄弱的部位鼓开，但不会发生爆炸。通常，电池单体越大，安全越难保证，尤其是方形电池的安全系数比软包电池和圆柱电池都要低。
但软包电池的安全性是相对的。上述技术负责人认为，虽然软包电池不易发生爆炸，但在能量密度比较高时，燃烧也会十分迅速、剧烈。相比之下，圆柱电池的安全性可能更胜一筹，最典型的例子就是特斯拉选用的18650圆柱电池。
特斯拉ModelS的电池包由7000多枚18650圆柱电池组成，每个电池单体整齐地封装在金属槽中，这种布置最大限度地减少了由机械振动、热循环和充放电导致的单体破损。
由于电池单体体积小，能量也小，每个单体之间还留有空隙，散热性较好。如果要求单体的问题不会对整个系统造成损害，目前来看，圆柱是唯一的方案。从系统角度来讲，圆柱电池的安全系数大于软包电池，软包大于方形。
当然，由于电池单体容量较小，要达到一定的动力性能，电池的总量必然巨大，这就对电池系统的连接和热管理技术提出了极高要求。因此，圆柱电池路线让不少车企望而却步。
宝马集团主管技术及研发的傅乐希(KlausFrohlich)明确表示，方形电池结构紧凑，而且不容易受外力损坏，是宝马选择方形电池的主要原因，未来也可能选择软包电池，圆柱电池则不在宝马的选择范围之内，因为电池冷却和成组的挑战更大，“如果圆柱电池要达到与软包和方形同样的能量密度，必须有更激进的电池材料方案，有多方面的风险。”
目前，宝马i3、宝马i8、宝马X5插混版、宝马X6插混版和宝马Active混动版搭载的都是三星SDI供应的方形电池。
硬币的两面：灵活度OR生产效率
设计灵活，是方形电池和软包电池共有的优势。尤其是软包电池，理论上可以做成任意形状。硬币的另一面，是标准化程度和生产效率低，以及随之而来的生产工艺复杂，生产成本高和品控不佳问题。
曾经风光无限的菲斯科卡玛电动车走向没落，直接原因就是电池产品质量不过关。
2011年7月，菲斯科卡玛正式上市，由于其电池供应商A123System生产的方形电池存在缺陷，仅仅5个月后，菲斯科被迫召回239辆卡玛。2012年10月，A123System宣布破产，直接导致卡玛停产，第二款车型开发中断。
遭遇类似问题的还有三菱欧蓝德。
2013年3月，三菱欧蓝德插混版在日本上市，4个月后，车辆搭载的电池出现融化现象，三菱汽车随即召回全部欧蓝德插混版。存在缺陷的方形电池来自三菱汽车、三菱商事与GS汤浅合资成立的LEJ公司。不但如此，由于LEJ电池产能不足，三菱方面被迫延迟了欧蓝德混动版在美国的上市时间。
三菱欧蓝德混动版的电池包
分析人士认为，菲斯科的倒掉和三菱欧蓝德遭遇的市场问题，与车厂的电池路线选择有很大关系，由于电池制造商为卡玛和欧蓝德混动版提供的电池标准化程度低，独家供应商一旦出现问题，难以快速找到合适的电池产品替代，最终导致产品召回，甚至企业难以为继。
软包电池也难逃品控难的困扰。
墨尔本大学工程学院电动汽车专家、澳大利亚电动汽车委员会成员BryceGaton认为，虽然软包电池拥有能量密度高的优势，但电池包的冷却要求极高的工艺技术。在他看来，日产方面避而不谈聆风的冷却系统，一定程度在于其软包电池的热管理系统操控不佳。
BryceGaton指的是聆风从第一代产品开始采用的风冷系统(被动冷却系统)。虽然日产方面曾表示，新款聆风有可能应用主动冷却系统，但2018版聆风使用的依旧是被动冷却系统，电池容量加大了，冷却系统却没有升级，这样一来，极易引起电池过热，影响快充效率。对于聆风用户的质疑，日产方面一直没有正面回应。
此外，方形、软包和圆柱电池的差异性还体现在寿命、成本和充放电倍率等方面。业内人士认为，理论上，三种封装方式的这些性能略有差异，但在主流车型上，都可以达到行业标准，并不存在明显区别。
就目前的技术水平来看，全优的封装路线是不存在的，一项指标的提升可能要以牺牲另一项或几项指标为代价，选择哪种封装方式，主要看企业对这几项性能如何取舍。此外，车型偏好也是决定车企电池封装路线的重要因素。
能“塞”进去的就是好电池
汽车是差异化产品，不同车型对封装技术的影响很大。车企及其电池供应商会不断尝试，寻找最高效、合理的电池包放置方式。
沃蓝达可以说是为实现电池布局，使得车内空间大打折扣的“反面教材”。由于沃蓝达的电池包是T型结构，方形电池无法“塞”入，只能搭载软包电池，这是通用汽车选择LG化学为电池供应商的重要原因。
一方面，T型结构让沃蓝达的电池包受到更好的保护，即使底盘被剐蹭，也不容易伤及电池包;另一方面，这种构造导致后排中间形成隆起，通用干脆把扶手箱和杯架连到了后排座椅位置，硬是把五座车变成了四座车，被不少消费者诟病。
与沃蓝达不同，特斯拉选择将电池包挂在底盘位置，这样的布局虽然没有损失车内空间，但将电池包置于比较“脆弱”的境地，一旦底盘发生剐蹭难免殃及电池包。
可以说，由于不同车型为电池包预留的形状各异，采用的电池封装方式也不尽相同，同一车企可能选取多种电池类型，另一方面，不把全部鸡蛋放在一个篮子里，一旦某家电池供应商出了问题，也不会让全线产品受到影响。
与此同时，电池制造商的产品路线也在不断拓展。
以三星SDI为例，这家为宝马、奥迪、克莱斯勒等车企提供方形电池的企业，在2017年北美国际汽车展上，展出了21700圆柱电池，并称将于2021年实现量产。外界普遍将三星SDI此举看做对特斯拉“2170”圆柱电池的挑战。
与18650圆柱电池的命名规则相同，21700代表电池的直径为21毫米，长度为70毫米，第二个“0”代表柱型。特斯拉别出心裁低把这种电池命名为“2170”，马斯克宣称2170将是全球能量密度最高、价格最便宜的电池，能量密度可以达到300瓦时/公斤，比18650的233瓦时/公斤提高了近20%。
另外，作为特斯拉的独家电池单体供应商，松下一方面继续与特斯拉合作，计划2018年底将其超级工厂Gigafactory的21700动力电池产量增加30%以上，另一方面，宣布与丰田研究合作开发方形电池的可行性,并在丰田旗下电动车型上大规模应用。
下一代动力电池如何影响封装路线?
在现有技术条件下，三种封装方式没有优劣之分。那么，下一代动力电池会改变这种格局吗?
下一代动力电池，目前来说，主要指固态电池，是将传统锂离子电池的液态电解液和隔膜替换为固态电解质的电池，通常以锂金属为负极，也可能是石墨类及其他复合材料。与目前使用的电池相比，固态电池具有安全性高、循环寿命和续航里程长等优点。
基于固态电池的种种优势，今年6月，日本新能源产业技术综合开发机构宣布，松下、丰田、本田和日产等23家企业，以及京都大学等15家学术机构将合作研究全固态电池，计划到2022年全面掌握相关技术。
一个月之后，大众集团宣布向加州初创公司QuantumScape注资1亿美元，用于固态电池的开发和量产。大众集团CEOHerbertDiess表示，公司正考虑生产自己的固态电池，计划2024年至2025年间量产，以减少对亚洲电池供应商的依赖。
巨头们纷纷加码固态电池研发，哪种封装路线会胜出呢?
上述技术专家认为，由于使用固态电解质，柔软性不足，只能使用叠片方式，因此，固态电池不可能选择圆柱封装方式;理论上，使用方形封装是可以实现的，但如果方形电池依旧是铝制外壳，能量密度就会大大降低，因此也不具备优势;目前来看，软包技术最适合真正意义上的固态电池,即纯固态电池。
但是，由于工艺难度大，纯固态电池的市场化应用还是将来时。虽然宝马也已着手开发固态电池技术，但KlausFrohlich表示，受限于技术条件，固态电池应用于量产车型，至少要等到2025年。上述技术专家的看法更加谨慎，他认为，纯固态电池的商业化至少还需要十年。
以此判断，十年之内，方形、软包和圆柱路线将共存，在不同车型上发挥各自的优势。在这期间，寻找最好的封装路线，不过是在上述多项指标间求得最大的平衡。
