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新年伊始，動(dòng)力電池行業(yè)迎來了第一波熱潮——大圓柱電池。
眾多企業(yè)發(fā)布了有關(guān)大圓柱電池的新消息：
1月28日，比克電池宣布在常州投資130億元建設(shè)大圓柱電池項(xiàng)目，這也是常州首個(gè)大圓柱電池項(xiàng)目。
同樣是1月28日消息，據(jù)TheElec報(bào)道，通用汽車正在考慮在其電動(dòng)汽車中使用圓柱形電池而非軟包電池。其未來的新電動(dòng)汽車平臺(tái)上將支持使用類似4680規(guī)格的大圓柱電池，但具體規(guī)格尚未有新消息流出。這一選擇導(dǎo)致與LG新能源就兩家合資企業(yè)Ultium Cells計(jì)劃建設(shè)第四家工廠的談判被推遲。
1月24日，特斯拉表示擴(kuò)建內(nèi)華達(dá)州超級(jí)工廠，新建兩個(gè)工廠，其中一個(gè)為4680電池工廠，規(guī)劃年產(chǎn)能100GWh，適配150萬輛輕型車。
1月18日，億緯鋰能發(fā)公告稱擬與曲靖市政府、曲靖經(jīng)開區(qū)管委會(huì)簽訂投資協(xié)議，投資建設(shè)“年產(chǎn)23GWh圓柱磷酸鐵鋰儲(chǔ)能動(dòng)力電池項(xiàng)目”，項(xiàng)目總投資約55億元，固定資產(chǎn)投資約45億元。2月1日，該項(xiàng)目宣布正式啟動(dòng)，將建設(shè)高性能鋰離子電池生產(chǎn)線6條，預(yù)計(jì)2023年11月建成投產(chǎn)。
更早之前，寶馬集團(tuán)曾于去年宣布將從2025年起將率先在Neue Klasse新世代電動(dòng)專屬平臺(tái)中使用圓柱電池，并在今年1月的CES展上展出了其第六代“Gen6”圓柱電池。
無論是整車還是電池領(lǐng)域，進(jìn)入2023年，多家企業(yè)都在布局大圓柱電池。大圓柱電池在加速到來？
特斯拉加碼大圓柱電池
由特斯拉帶火的大圓柱電池毫無疑問站在了新的風(fēng)口。
日前，在特斯拉2022四季度財(cái)報(bào)電話會(huì)議上，特斯拉CEO埃隆·馬斯克指出，4680電池在去年年底達(dá)到了每周1000輛車的生產(chǎn)速度，目前正計(jì)劃將4680電池的產(chǎn)能再增加1億千瓦時(shí)。
“我們的長(zhǎng)期目標(biāo)，是讓內(nèi)部生產(chǎn)的電池遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過10億千瓦時(shí)，并繼續(xù)使用其他電池供應(yīng)商。同時(shí)使用供應(yīng)商和內(nèi)部生產(chǎn)的電池，可以讓特斯拉更快地?cái)U(kuò)展規(guī)模?！瘪R斯克說。
目前，特斯拉得州超級(jí)工廠布局了四條4680電池生產(chǎn)線，一條已經(jīng)投產(chǎn)，其余三條處于調(diào)試和安裝階段。在去年年底，特斯拉在加州的試點(diǎn)工廠實(shí)現(xiàn)了一周生產(chǎn)86.8萬個(gè)4680電池電芯的重大突破，單周產(chǎn)量可以供應(yīng)約1000輛特斯拉Model Y。
“而且我們有一個(gè)很棒的計(jì)劃，讓4680電池的成本變得很低，而能量密度很高?！瘪R斯克在電話會(huì)議上說。
據(jù)特斯拉以往的相關(guān)介紹，其大圓柱電池能量密度提高5倍，功率提高6倍，可使車輛續(xù)駛里程增加16％。因而隨著特斯拉加碼4680電池的消息發(fā)布，相關(guān)概念股大幅走高。1月30日，芳源股份、東方電熱、聯(lián)贏激光、寧波精達(dá)、斯萊克、億緯鋰能、當(dāng)升科技、容百科技等紛紛大幅走高。
國(guó)產(chǎn)廠商快馬加鞭
特斯拉、松下、LG新能源等外資動(dòng)力電池廠商之外，比克電池、億緯鋰能等國(guó)內(nèi)動(dòng)力電池企業(yè)在大圓柱電池上也在快馬加鞭。
“國(guó)內(nèi)億緯鋰能、比克電池、寧德時(shí)代等廠商的大圓柱電池已在量產(chǎn)前夜，億緯鋰能預(yù)計(jì)將是國(guó)內(nèi)最早進(jìn)入4680量產(chǎn)的廠商，2022年第四季度其4680產(chǎn)線已建成試產(chǎn)，預(yù)計(jì)今年下半年量產(chǎn)出貨。此外，包括國(guó)軒高科、蜂巢能源、力神電池等國(guó)內(nèi)其它電池企業(yè)也已布局大圓柱電池。”TrendForce集邦咨詢分析師曾佑鵬對(duì)記者說。
兩個(gè)月前，億緯鋰能發(fā)布了其第一代大圓柱鈉離子電池產(chǎn)品，電芯內(nèi)徑為40mm，高度135mm，正極采用了層狀氧化物材料，負(fù)極采用硬碳，能量密度為135Wh/kg，循環(huán)次數(shù)達(dá)到2500次。同時(shí)公司表示其46系列大圓柱鋰電池將在湖北荊門實(shí)現(xiàn)量產(chǎn)。
1月28日，比克電池生產(chǎn)基地落地常州，項(xiàng)目總投資130億元，將建設(shè)大圓柱電池產(chǎn)線及國(guó)際化研發(fā)中心，基地建成后總產(chǎn)能為30GWh。一期建設(shè)10GWh產(chǎn)能，共建3條大圓柱電池產(chǎn)線及國(guó)際化研發(fā)中心。
深圳比克動(dòng)力電池有限公司副總裁樊文光對(duì)記者介紹，比克大圓柱目前主要有46系、3x系和26系等系列，電芯高度覆蓋70mm到160mm。比克46系電芯去年開始陸續(xù)有樣品批量交付，比克26系則以26105鋁殼電芯為主，目前處于B樣階段，應(yīng)用于整車可達(dá)700公里以上續(xù)航，快充12分鐘以內(nèi)可達(dá)500公里續(xù)航，預(yù)計(jì)將于2024年量產(chǎn)，屆時(shí)能量密度將達(dá)290Wh/kg。
“比克在戰(zhàn)略性探索大尺寸圓柱的同時(shí)布局了全極耳技術(shù)。比克全極耳技術(shù)通過對(duì)結(jié)構(gòu)件的優(yōu)化設(shè)計(jì)，及生產(chǎn)設(shè)備和工裝夾具的配合，實(shí)現(xiàn)了比傳統(tǒng)圓柱電芯還要高效的工藝解決方案。經(jīng)測(cè)試，采用全極耳的電芯，比同體系傳統(tǒng)單極耳電芯的內(nèi)阻降低了70%以上。這意味著極高的功率輸入（充電）及輸出（放電），受到了國(guó)際客戶的廣泛認(rèn)可?！狈墓庹f，“比克全極耳大圓柱電池同時(shí)突破了能量密度（續(xù)航）和快充兩大核心性能局限。一方面，憑借圓柱結(jié)構(gòu)，通過搭載高鎳正極、硅負(fù)極、摻硅補(bǔ)鋰等技術(shù)，能量密度可大大提升，為整車提供800公里以上的續(xù)航里程。另一方面，大圓柱電池能夠在保障安全和足夠的續(xù)航里程的基礎(chǔ)上，進(jìn)一步提升快充性能，助力電動(dòng)車使用體驗(yàn)媲美燃油車?！?/p>
中國(guó)化學(xué)與物理電源行業(yè)協(xié)會(huì)動(dòng)力電池應(yīng)用分會(huì)秘書長(zhǎng)張雨對(duì)記者表示，圓柱電池對(duì)Pack和BMS管理要求較高，此前國(guó)內(nèi)企業(yè)主要從成組優(yōu)勢(shì)上選擇方形電池較多，但近些年來隨著技術(shù)的快速發(fā)展，我國(guó)動(dòng)力電池企業(yè)也在圓柱電池上有了很多儲(chǔ)備。
大圓柱風(fēng)潮為何刮起？
整車企業(yè)方面，寶馬、Rimac、蔚來、江淮等車企均在大力布局46系大圓柱，其中寶馬在2022年9-10月分別與億緯鋰能、寧德時(shí)代、遠(yuǎn)景動(dòng)力達(dá)成46系大圓柱電池供貨協(xié)議，總規(guī)規(guī)模超110GWh。
曾佑鵬表示，車型選擇電池方案，主要是基于成本、安全、性能（續(xù)航、快充等）等要素的綜合考慮。大圓柱電池之所以受到青睞，首先是在成本方面，4680大圓柱電池較21700成本下降7%-8%，未來1~2年內(nèi)通過PPM的提升和良率改善，以及大規(guī)模量產(chǎn)制造，成本有望進(jìn)一步下降10%-20%；在安全性方面，相比方形和軟包，大圓柱電池單顆電芯失效時(shí)為軸向爆破，降低了對(duì)相鄰電芯的影響，因此在單電芯失效時(shí)的故障降級(jí)能力具備優(yōu)勢(shì)；在性能方面，大圓柱更適配高鎳+硅基負(fù)極的高能量密度方案，快充和續(xù)航都能得到提升。此外，在量產(chǎn)制造方面，近期特斯拉宣布4680大型圓柱電池的量產(chǎn)已取得了重大突破，良率的極大改善有望極大地提振更多車企選擇大圓柱方案的信心。
“大圓柱可以被叫做‘六邊形選手’，它各方面的性能是最均衡的，比克認(rèn)為，在未來，2025年到2035年左右，大圓柱電池會(huì)在中高端市場(chǎng)上占據(jù)絕對(duì)的統(tǒng)領(lǐng)地位?！狈墓庹f。
他進(jìn)一步從產(chǎn)品性能、產(chǎn)業(yè)化難易程度上解釋了大圓柱電池的優(yōu)勢(shì)：
從產(chǎn)品性能上看，樊文光認(rèn)為，圓柱電芯在目前幾種主流形態(tài)中安全性最高，高安全上限使得它可以支持更高能量密度的化學(xué)體系。同時(shí)，圓柱電芯單體體積小，便于熱管理，可以靈活利用異形空間，高度標(biāo)準(zhǔn)化的形態(tài)利于平臺(tái)化及迭代。
從產(chǎn)業(yè)化難易程度上看，樊文光指出，圓柱電池發(fā)展的歷史最長(zhǎng)，標(biāo)準(zhǔn)化程度高，在業(yè)內(nèi)實(shí)現(xiàn)了較為統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)。同時(shí)，圓柱電芯生產(chǎn)的自動(dòng)化水平也要比其他幾種電池要高，這就保證了圓柱電池生產(chǎn)的高效率、單體的一致性，另外也降低了生產(chǎn)成本及研發(fā)成本。
“（選擇圓柱電池）最終的目的是降本。在電池的三種形態(tài)中，圓柱電池先天性生產(chǎn)良率最高，損耗最低。以特斯拉為例，特斯拉將電池行業(yè)早期研發(fā)的一些技術(shù)從規(guī)劃化生產(chǎn)的角度應(yīng)用起來，比如無極耳可以提高生產(chǎn)連續(xù)性，生產(chǎn)節(jié)拍快，單線的制造能力提升很快。從車企角度來說，大圓柱對(duì)降本是很明顯的，成組也更為簡(jiǎn)單，比原來減少一半的電芯數(shù)量，復(fù)雜性降低，生產(chǎn)效率提升。”張雨表示，目前大圓柱電池的技術(shù)路線多元化發(fā)展，處于小批量上車觀察的階段；在綜合平衡性能與成本后，大圓柱電池有望大批量上車應(yīng)用。
放量元年到來 還需跨越哪些挑戰(zhàn)？
中金公司研報(bào)指出，4680電池良率有望持續(xù)提升，國(guó)內(nèi)外各廠商迅速布局，2023年有望成為4680電池放量元年。
曾佑鵬判斷，4680大圓柱電池將最早規(guī)模化應(yīng)用在特斯拉車型上，預(yù)計(jì)2023年特斯拉46系車型大圓柱電池開始上量（約20-30GWh），結(jié)合億緯鋰能、寧德時(shí)代、三星SDI、松下等廠商4680產(chǎn)線的量產(chǎn)進(jìn)展，預(yù)計(jì)2024年左右有望迎來大圓柱電池超過100GWh的規(guī)?；瘧?yīng)用。
樊文光指出，目前很多大型新能源車企，在未來5-10年，敲定了經(jīng)濟(jì)型采用方殼/刀片磷酸鐵鋰電池，中高端采用三元+硅大圓柱電池的路線。若保守預(yù)測(cè)2025年新能源車將突破2000萬輛，則對(duì)應(yīng)的動(dòng)力電池需求將超過1600GWh。其中，大圓柱電芯至少占30%以上的份額，也就是約480GWh，整體市場(chǎng)前景十分可觀。
他同時(shí)認(rèn)為，大圓柱電池規(guī)?；拯c(diǎn)的到來，需要行業(yè)達(dá)成共識(shí)，全產(chǎn)業(yè)鏈共同發(fā)力，使大圓柱電池真正實(shí)現(xiàn)加速電動(dòng)取代燃油進(jìn)程的歷史使命。
“46系列大圓柱電池還屬于新開發(fā)的電池，接下來還需要在工藝等方面進(jìn)一步提升?！睆堄暾f。
樊文光則表示，大圓柱電池還需跨越四個(gè)層面的挑戰(zhàn)。
第一是工藝，大圓柱電池工藝雖然更加簡(jiǎn)潔高效，但實(shí)際上幾乎對(duì)每道工序都提出了更高的技術(shù)要求。“完美的焊好幾百幾千電芯不算什么挑戰(zhàn)，難的是成百上千萬甚至上億支電芯，幾十億次的焊接，都要保證在一個(gè)很小的范圍內(nèi)波動(dòng)，才能使電芯一致性和可靠性達(dá)到要求。”他說。
第二是原材料。圓柱電芯的尺寸越大，意味要卷繞更多圈的極片，而且要保證每圈極片都要平行而且對(duì)齊，這些因素需要從電極的配方原材料開始考慮。如何改善正負(fù)極材料本身的加工性，以及提高箔材和隔膜的抗拉性等，都對(duì)上游材料供應(yīng)商提出新的挑戰(zhàn)。
第三，“雙碳”目標(biāo)下，低碳甚至零碳的工廠已逐漸成為標(biāo)配。這要求企業(yè)使用回收材料，提高生產(chǎn)效率，使用清潔能源等。值得一提的是，圓柱電芯的高度標(biāo)準(zhǔn)化以及形態(tài)的對(duì)稱性，使得無論是梯次利用或電池回收都更具優(yōu)勢(shì)。
“目前大圓柱電池規(guī)?；瘧?yīng)用的挑戰(zhàn)，一方面來自制造方面，如良率的快速提升和降本的速度，另一方面則來自消費(fèi)端，也就是中高端車型電動(dòng)化率的進(jìn)一步提升?！痹御i補(bǔ)充道，“4680大圓柱電池主要應(yīng)用于中高端乘用車型，而目前25萬及以上的中高端車型電動(dòng)化滲透率已接近40%，較高的滲透率水平下，進(jìn)一步提升市場(chǎng)滲透率面臨的挑戰(zhàn)更大”。
作者：趙玲玲
