在動(dòng)力電池的封裝形式上,方形和軟包電池一直處于主流地位,而圓柱電池鮮少被廣大車企采納。時(shí)間來到2023年,這一現(xiàn)狀或?qū)⒂瓉碜兙帧?/p>
1月28日,有報(bào)道稱,全球汽車巨頭之通用汽車,正在考慮在將其電動(dòng)車型中所使用的軟包電池轉(zhuǎn)向圓柱形電池,后者很可能會(huì)選擇類似特斯拉4680規(guī)格的電芯。
在此之前,寶馬集團(tuán)也曾宣布,從2025年開始在其“新級(jí)別”電動(dòng)汽車中使用大圓形電池,并將在中國(guó)和海外兩座電池廠生產(chǎn)加工產(chǎn)品,年產(chǎn)能高達(dá)40GWh。
另外,保時(shí)捷、沃爾沃、Stellantis、江淮等國(guó)內(nèi)外車企也相繼釋放出計(jì)劃應(yīng)用大圓柱電池的信號(hào)。
圓柱電池的“巨大的突破”
為何有越來越多車企將目光轉(zhuǎn)向圓柱形電池?一切還要從特斯拉的4680大圓柱電池說起。
在動(dòng)力電池封裝形式的采用上,特斯拉是為數(shù)不多大規(guī)模使用圓柱型動(dòng)力電池的車企,從最早期Model S上使用的1865電池,到目前Model 3和Model Y上使用的2170電池。在造車路上,特斯拉對(duì)于核心部件大多選擇自研,其中包括動(dòng)力電池。
特斯拉4680電池;圖片來源:特斯拉
2020年9月,4680大圓柱電池首次于特斯拉“電池日”上現(xiàn)身,便被埃隆·馬斯克稱之為電池技術(shù)上的“巨大的突破”。從命名上來看,4680是一款直徑為46mm、高度為80mm的大圓柱型電池。特斯拉表示,相比2170電池,4680電池的單體能量提高了5倍,可使車輛行駛里程提高16%。未來,隨著電池材料和汽車設(shè)計(jì)的改進(jìn),將使續(xù)航里程凈增加56%,生產(chǎn)成本下降54%。
以特斯拉暢銷車型Model 3為例,若使用2170電芯,裝滿整個(gè)電池組需要約4400枚,電池容量在78.3kWh左右。若采用4680電芯,則僅需950余枚即可裝滿整個(gè)電池組,對(duì)應(yīng)的總?cè)萘靠梢赃_(dá)到130kWh,提升75%。
由此可見,采用單體體積更大的4680電芯,可以減少封裝材料數(shù)量,降低包裝電芯外殼成本,重量也會(huì)隨之降低。另外,大體積電芯帶來的另一個(gè)好處是,電芯之間空隙變大,更容易布置散熱裝置。
正是基于大圓柱更好的散熱性能,特斯拉4680電池采用高鎳正極+硅碳負(fù)極材料,以及無極耳技術(shù),大大降低了高鎳電池?zé)崾Э氐娘L(fēng)險(xiǎn),還將能量密度提升到了300kWh/kg。
天風(fēng)證券分析指出,大圓柱電池優(yōu)勢(shì)是應(yīng)對(duì)熱失控能力強(qiáng),劣勢(shì)是成組效率低,和高鎳三元結(jié)合正好揚(yáng)長(zhǎng)避短,高鎳三元的優(yōu)勢(shì)是高能量密度,劣勢(shì)是熱穩(wěn)定性差,4680搭配高鎳三元可充分發(fā)揮二者能量密度高和安全性好的優(yōu)勢(shì)。
行業(yè)周知,在汽車電動(dòng)化的發(fā)展進(jìn)程中,動(dòng)力電池的重要性不言而喻,其續(xù)航里程、成本一直是制約純電動(dòng)汽車快速實(shí)現(xiàn)市場(chǎng)全面滲透的重要因素。且自2021年以來,動(dòng)力電池原材料遭遇多次漲價(jià),讓車企增效降本的需求愈發(fā)強(qiáng)烈,在性能、成本、安全方面更具優(yōu)勢(shì)的4680大圓柱電池能夠快速出圈不足為奇。
大圓柱電池優(yōu)勢(shì)明顯,但也并非沒有缺點(diǎn)。
據(jù)了解,采用無極耳技術(shù)的4680電池在生產(chǎn)工藝上面臨著諸多挑戰(zhàn),特別表現(xiàn)在分切、注液、揉平和激光焊接等環(huán)節(jié)。其中,在激光焊環(huán)節(jié)——從傳統(tǒng)兩個(gè)極耳的點(diǎn)焊到全極耳面焊,焊接工序和焊接量都變多,激光強(qiáng)度和焦距不容易控制,易焊穿燒到電池內(nèi)部或者無法焊全。而這些問題直接影響著4680電池良品率的提升。
2021年7月,馬斯克還坦言4680電池遭遇量產(chǎn)瓶頸。經(jīng)過持續(xù)不斷地改進(jìn),在2022年第三季度的電話會(huì)議上,特斯拉CEO馬斯克表示:“公司終于在4680電池上獲得了快速發(fā)展?!睋?jù)悉,2022年上半年,特斯拉加州工廠生產(chǎn)的小批量4680電芯良品率已達(dá)92%。目前,在美國(guó)得州的奧斯汀超級(jí)工廠,特斯拉4680電池周產(chǎn)量已足夠滿足1000多個(gè)電池組的制造。
全球掀起4680電池?zé)岢?/h2>
在特斯拉的帶動(dòng)下,近年來,全球電動(dòng)汽車行業(yè)幾乎掀起了4680電池?zé)岢薄?/p>
如文章開篇所述,不但有越來越多的車企從方形、軟包電池路線,轉(zhuǎn)為跟蹤圓柱電池技術(shù)路線,同時(shí)也有越來越多的動(dòng)力電池企業(yè)開始加大對(duì)大圓柱電池的推廣和布局。
根據(jù)蓋世汽車研究院整理分析,特斯拉與松下是市場(chǎng)推出4680電池進(jìn)展較快的兩家企業(yè),另有LG新能源、寧德時(shí)代、億緯鋰能、比克電池、遠(yuǎn)景動(dòng)力、蜂巢能源等電池企業(yè)都在積極跟進(jìn)包括4680在內(nèi)的大圓柱電池。
圖片來源:蓋世汽車研究院
作為特斯拉的電池供應(yīng)商,松下早在2021年11月便透露4680大圓柱電池已接近量產(chǎn),新4680產(chǎn)線正在建設(shè),預(yù)計(jì)2022年投入生產(chǎn)。
2022年6月,LG新能源表示將投資5820億韓元(約合30億元人民幣)在韓國(guó)歐昌工廠新建基礎(chǔ)設(shè)施用于生產(chǎn)4680電池,新生產(chǎn)線的產(chǎn)能為9GWh,預(yù)計(jì)將在2023年下半年投產(chǎn)。
同年8月,三星SDI中國(guó)區(qū)負(fù)責(zé)人崔勛在世界新能源汽車大會(huì)上宣布,三星確定在研發(fā)46系列電池,包括4680、4695和46120三種類型電池。根據(jù)規(guī)劃,三星 SDI 將在馬來西亞工廠批量生產(chǎn)4680電池,規(guī)劃產(chǎn)能為8-12 GWh。
國(guó)內(nèi)動(dòng)力電池企業(yè)寧德時(shí)代已規(guī)劃8條產(chǎn)線12GWh的4680大圓柱電池產(chǎn)能,并2022年9月宣布將于中國(guó)和歐洲各建20GWh產(chǎn)能,預(yù)計(jì)2024年開始量產(chǎn)并于2025年正式交付。
億緯鋰能則在2022年12月發(fā)布了新一代4695大圓柱電池,能量密度達(dá)到350Wh/kg,能夠?qū)崿F(xiàn)9min超快充及500-1000km續(xù)航,制造成本降低50%。據(jù)悉,該公司46系列大圓柱電池項(xiàng)目正按計(jì)劃有序推進(jìn)。根據(jù)規(guī)劃,億緯鋰能2025年大圓柱電池總產(chǎn)能將超過100GWh。
前文提到,寶馬集團(tuán)將從2025年起在“新世代”車型中使用圓柱電芯,其尋找的圓柱電池供應(yīng)商就是寧德時(shí)代和億緯鋰能。據(jù)悉,寶馬已向這兩家合作伙伴授予了價(jià)值超過百億歐元(約737億元人民幣)的電芯生產(chǎn)需求合同。
此外,寶馬集團(tuán)還宣布同遠(yuǎn)景動(dòng)力達(dá)成長(zhǎng)期合作,后者將從2026年起為其新一代車型提供圓柱電池。為此,遠(yuǎn)景動(dòng)力將在美國(guó)南卡羅萊納州新建一座零碳電池工廠為寶馬提供產(chǎn)品,規(guī)劃產(chǎn)能30GWh,計(jì)劃將于2026年投產(chǎn)。
蜂巢能源曾在2021年上海車展上展出過一款23Ah的4680電池,NCM正極,規(guī)劃能量密度235Wh/kg,循環(huán)壽命高于1200次,用于純電動(dòng)汽車,不過量產(chǎn)時(shí)間未知。
值得一提的是,就在日前(1月28日),深圳市比克動(dòng)力電池有限公司宣布與江蘇省常州市簽訂戰(zhàn)略合作協(xié)議,比克動(dòng)力將斥資130億元在常州建設(shè)其大圓柱電池產(chǎn)線,建成后產(chǎn)能將達(dá)到30GWh。
作為國(guó)內(nèi)最早一批生產(chǎn)圓柱電池的企業(yè)之一,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。據(jù)了解,在市場(chǎng)關(guān)注度最高的46系列,比克在2021年開始陸續(xù)有樣品批量交付,性能表現(xiàn)符合預(yù)期,依據(jù)8-15分鐘的不同快充能力,目前電芯能量密度在280Wh/kg至330Wh/kg之間。
4680迎來規(guī)模化市場(chǎng)應(yīng)用拐點(diǎn)
綜合國(guó)內(nèi)外電池廠商的布局以及車企的應(yīng)用需求,蓋世汽車研究院分析指出, 4680大圓柱電池預(yù)計(jì)將在2023年迎來規(guī)?;袌?chǎng)應(yīng)用拐點(diǎn)。
且值得關(guān)注的是,在大圓柱電池量產(chǎn)取得階段性進(jìn)展后,近期,特斯拉還宣布將持續(xù)加大對(duì)4680大圓柱電池的投入。
據(jù)悉,特斯拉將投資超過36億美元擴(kuò)建內(nèi)華達(dá)州的超級(jí)工廠,并將新建兩座工廠,其中一座即為4680電池工廠。新電池工廠規(guī)劃年產(chǎn)能達(dá)100GWh,將適配150萬輛輕型車。
對(duì)此,有分析人士指出,特斯拉此舉背后,一方面是希望通過4680電池實(shí)現(xiàn)增效降本,并搭載在全系列電動(dòng)汽車中;另一方面則是計(jì)劃將4680電池應(yīng)用拓展至儲(chǔ)能領(lǐng)域(2022年特斯拉總裝機(jī)量6.5千兆瓦時(shí),同比增長(zhǎng)64%)。更有分析人士認(rèn)為,特斯拉更深層的目的,在于引領(lǐng)大圓柱電池浪潮,制定標(biāo)準(zhǔn)后,促使其余電池廠商選擇站隊(duì)。
不管是何種原因,一個(gè)可以確認(rèn)的趨勢(shì)是:屬于大圓柱電池的時(shí)代正在加速到來。
銀河證券發(fā)布研究報(bào)告稱,后補(bǔ)貼時(shí)代,性價(jià)比為王,4680大圓柱電池應(yīng)運(yùn)而生,通過電芯設(shè)計(jì)、電芯工廠、正負(fù)極材料以及整車電池一體化這五個(gè)方面,4680電池整體成本可以下降56%。
未來,大圓柱將替代部分軟包和方形的市場(chǎng)份額。除Model3,特斯拉全部車型都計(jì)劃采用或部分采用4680電池。預(yù)計(jì)2025年,特斯拉4680車型銷量有望達(dá)到121萬輛,對(duì)應(yīng)電池裝機(jī)量約178GWh。疊加寶馬等企業(yè),保守預(yù)測(cè)2025年4680電池裝機(jī)量將超過200GWh。