有人對(duì)比較成功的17款電動(dòng)汽車做了統(tǒng)計(jì)，結(jié)果表明8款采用了方形卷繞式，7款采用了方形層疊式，2款采用了圓柱卷繞式。電動(dòng)汽車在選擇電池構(gòu)型上的分歧，實(shí)質(zhì)上也反映了這些構(gòu)型各具優(yōu)、缺點(diǎn)。

圓柱卷繞式、方形層疊式和方形卷繞式是動(dòng)力電池的三種重要構(gòu)型。這里的圓柱卷繞式對(duì)應(yīng)題干中的“柱狀電池”，方形層疊式對(duì)應(yīng)題干中的“軟包”，方形卷繞式對(duì)應(yīng)題干中的“方形”。有人對(duì)比較成功的17款電動(dòng)汽車做了統(tǒng)計(jì)，結(jié)果表明8款采用了方形卷繞式，7款采用了方形層疊式，2款采用了圓柱卷繞式。電動(dòng)汽車在選擇電池構(gòu)型上的分歧，實(shí)質(zhì)上也反映了這些構(gòu)型各具優(yōu)、缺點(diǎn)。1. 圓柱卷繞式

圓柱卷繞式是一種很古典的電池構(gòu)型，在鎳氫、3C鋰離子c上得到了長期的應(yīng)用，業(yè)界也積累了大量的生產(chǎn)設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)。圓柱卷繞式的優(yōu)點(diǎn)包括生產(chǎn)效率高、一致性好等， 缺點(diǎn)包括圓柱外形導(dǎo)致的空間利用率低、徑向?qū)岵顚?dǎo)致的溫度分布問題等。由于圓柱電池的徑向?qū)嵝阅懿患?，電池的卷繞圈數(shù)不能太多（18650電池的卷繞圈數(shù)一般在20圈左右），因此單體容量較小，應(yīng)用在電動(dòng)汽車上時(shí)需要大量單體組成電池模組和電池包，連接損耗和管理復(fù)雜度都大大增加。

圓柱卷繞式電池的外形看上去雖然簡單，但是內(nèi)在設(shè)計(jì)并不簡單。好的電池設(shè)計(jì)是涉及電化學(xué)、熱、電、機(jī)械等諸多領(lǐng)域的復(fù)雜問題，對(duì)電池設(shè)計(jì)人員提出了很高的要求。我想舉兩個(gè)小例子。

例一：下圖是某款18650電池的內(nèi)部尺寸（單位: mm），正、負(fù)極展開后的長度相加有近1.5米，但用于引流的極耳寬度只有4 mm。電池設(shè)計(jì)人員需要慎重地選擇極耳（位置、個(gè)數(shù)等）、電極涂層的諸多參數(shù)，以期降低極板上的電流分布不均勻，同時(shí)降低電池內(nèi)部的溫度分布不均勻。

(Reference: Waldmann et al., JES 161 (10) A1742, 2014)

為了解決這個(gè)問題，一個(gè)簡單的辦法是在卷繞中心處加一個(gè)銷軸，抑制卷芯的形變，如下圖所示。

2. 方形層疊式

與卷繞式是由單片的正、負(fù)極片卷繞成形不同，層疊式電池是由多層極片層疊而成的。方形層疊式的優(yōu)點(diǎn)包括：1) 厚度?。ㄊ芟抻阡X塑膜的沖壓強(qiáng)度，一般不會(huì)超過1 cm），因此散熱性能很好；2) 極片多，每片極片均有凸緣與極耳焊接在一起，極板上的電流密度分布均勻性好；3） 薄片式，易于組成模塊和電池包，空間利用效率高；4）鋁塑膜包裝的重量輕，且抽真空后與電芯貼合緊密，有利于減少無效的重量和體積。

但是，這一構(gòu)型的缺點(diǎn)包括：1) 鋁塑膜封裝的長期可靠性較難保證，如下圖所示：

(NASA, Li-ion Pouch Cell Designs:Performance and Issues for Crewed Vehicle Applications)

2) 電池體較軟，極片間的接觸阻抗可能會(huì)較大，需在模塊層次或電池組層次加以解決；3) 相比卷繞式電池，生產(chǎn)制作效率較低。3.方形卷繞式

方形卷繞式結(jié)合了方形層疊式的外觀特征（但往往厚度更大）和圓柱卷繞式的極板制作方法，具有空間利用率高、生產(chǎn)效率高的優(yōu)點(diǎn)。但是，這一型電池的設(shè)計(jì)也是最為復(fù)雜的，需要考慮的設(shè)計(jì)變量非常多，還需要考慮殼體與電芯間的配合問題。綜上所述，為了比較各類構(gòu)型的優(yōu)缺點(diǎn)，我們需要從熱、機(jī)械、可靠性等很多角度角度來分析電池設(shè)計(jì)的優(yōu)劣，而不止于傳統(tǒng)的電化學(xué)特性。這是電動(dòng)汽車發(fā)展后給電池行業(yè)帶來的新挑戰(zhàn)和新機(jī)遇。