專題
[摘要]當前大圓柱電池已經進入到量產前夜。但是大圓柱電池作為全新的產品形態，想要實現產業化落地，需要經過漫長的過程。大圓柱電池只有通過結構創新與材料體系創新，實現更高效制造、更高性能和更低成本，才能滿足電動車及儲能市場需求，最終實現商業化落地。
按照封裝方式的不同，鋰電池可以分為方形、圓柱、軟包三種形態。資料顯示，當前國內主流電池廠商中，寧德時代、比亞迪、中航創新等主打方形電池，圓柱電池主要代表企業有億緯鋰能、國軒高科等。在寧德時代和比亞迪兩家企業引領下方形電池成為主流。以2023年前三季度動力電池裝機量為例，方形動力電池占比達94.5%，圓柱電池占比不到1%。
2020年9月，特斯拉CEO埃隆·馬斯克宣布，特斯拉將生產4680大圓柱電池。按照馬斯克的設想，大圓柱電池可讓特斯拉電動車續航里程提升16%，而生產成本降低50%，甚至被認為是鋰電之光。隨后包括松下、LG、億緯鋰能、遠景動力、寧德時代、比克電池等企業接連宣布將大圓柱電池納入公司技術發展路徑，大圓柱電池在鋰電池行業的呼聲日漸高漲。
根據研究機構預測，截至2023年10月全球大圓柱電池已布局產能超450GWh。截至目前46系大圓柱全極耳電池在國外已實現量產，而在國內處于小批量出貨、送樣階段。預計2024年至2027年，全球大圓柱電池出貨量有超過30倍增長空間。預計在此期間，國內大圓柱電池生產設備市場規模有14倍以上增長空間。由此可見，大圓柱電池市場前景非常廣闊。
然而大圓柱電池賽道雖然玩家眾多，但其產業化進程卻極度緩慢。據悉直到2023年中期特斯拉大圓柱電池才開始小規模量產。公開資料顯示，2023年6月特斯拉生產出第1000萬顆電芯，而到2023年10月第2000萬顆4680電池電芯誕生，這也意味著截至目前特斯拉大圓柱電芯的年產量約為3000萬顆。而其他企業更是將量產時間推遲至今年或是明年以后。
大圓柱電池量產前夜
作為大圓柱電池的擁躉，特斯拉CEO馬斯克曾在3年前的電池日上描繪了4680系電池的美好藍圖。據馬斯克稱，大圓柱電池電池單體能量密度提升5倍，成本降低50%，而搭載該電池的電動汽車續航里程提高16%。馬斯克還提到，4680電池將是特斯拉2023年計劃中的重要組成部分，特斯拉未來所有的電動車型都將使用4680大圓柱形電池。雄心溢于言表。
根據特斯拉當時規劃，2022年大圓柱電池產能將達到100GWh，到2023年達到3TWh。這也意味著特斯拉自2022年起就能實現電池自給自足，無需向外采購。但事實上，特斯拉自2020年宣布推出4680大圓柱電池后，直到2023年中期大圓柱電池才開始小規模量產。據公開信息顯示，直到2023年10月特斯拉才生產2000萬顆4680電芯，與預期目標相距甚遠。
而在應用方面，特斯拉也沒有實現4680電池對旗下所有車型的覆蓋。資料顯示此前特斯拉曾將4680電池應用于Model Y AWD基礎款。或許是因為4680大圓柱電池的難產，特斯拉北美官方網站已經下線該車型。據悉近日特斯拉又將4680電池應用于旗下Cybertruck，即賽博皮卡，其在國內官方名稱為賽博越野旅行車。其他車型仍計劃使用磷酸鐵鋰電池。
即便是這樣，按照特斯拉當前的產能，也僅能滿足2.4萬輛賽博皮卡的電池使用量，然而消息顯示賽博皮卡的訂單量已達到200萬輛。特斯拉4680大圓柱電池量產難還體現在了其最新財報后的電話會議上。馬斯克表示，2024年將成為特斯拉4680大圓柱電池重要的產能增長年，公司將在2024年三季度新建四條4680電池產線，同時會增加其他的供應商。
作為與寶馬簽訂大圓柱電池供應協議的三家企業之一，億緯鋰能在大圓柱電池方面的布局也是非常的激進。2022年9月，寶馬集團宣布，將從2025年起在新世代車型中使用46系標準直徑的大圓柱電池。為滿足新電池的生產需求，寶馬集團將在全球建造六座工廠。同時與寧德時代和億緯鋰能、遠景動力分別簽訂了合約，將其納入大圓柱電池供應商隊伍。
自此億緯鋰能開啟了對大圓柱電池產能的瘋狂布局。其中就包括2023年5月，億緯鋰能全資子公司與匈牙利土地賣方簽訂購地協議，購買其位于德布勒森西北工業區的土地，用于生產大圓柱動力電池，滿足客戶寶馬的市場需求，去年11月億緯鋰能年產能20GWh的大圓柱電池工廠已在荊門建成投產。資料顯示，億緯鋰能大圓柱電池產能規劃已超100GWh。
消息顯示，去年億緯鋰能國內的46系列高比能大圓柱電池產線終于建造成功，46系列大圓柱電池已下線超過530萬顆，正式實現商業化交付和應用。訂單方面，有消息傳出截至2023年億緯鋰能的圓柱磷酸鐵鋰電池已取得未來5年的客戶意向性需求合計約88GWh，三元大圓柱電池也已經取得未來5年客戶意向性需求合計約392GWh，兩者合計已接近480GWh。
而最新的消息是，億緯鋰能在今年初已正式實現46系列大圓柱電池裝車。1月31日，江淮瑞風RF8上市發布會在東莞松山湖隆重舉行，標志著搭載億緯鋰能大圓柱電池的江淮瑞風RF8正式上市。江淮瑞風RF8電池容量44.5kWh，在量產插電混動MPV中排名首位。億緯鋰能坦言，現在大圓柱需要解決制造的問題，而不是研發問題，預計下半年實現量產。
其他電池企業方面，寧德時代此前表示已經規劃了8條產線、共計12GWh的4680大圓柱電池產能，并在中國和歐洲各建20GWh產能，預計2024年開始量產2025年正式交付；遠景動力位于美國南卡羅來納州佛羅倫薩縣的大圓柱電池智能工廠規劃年產能達到30GWh，計劃將于2026年投產；松下動力電池首席技術官表示，將于2024年推出改良版4680電池。
值得注意的是，此前在大圓柱電池領域稍顯沉寂的比亞迪也傳出新消息。去年7月疑似比亞迪采購官方微信號發布招募公告，擬對2023年大圓柱電池全自動烘烤線設備實行供應商公開招募。比亞迪此次招募產品為全自動接觸式高真空烘烤線，主要用于大圓柱電池注液前的電芯烘烤。隨著比亞迪的入局，國內排名靠前的電池企業，幾乎全部涉足到該領域。
事實上，盡管大圓柱電池在新能源車領域產業化進程緩慢，但是絲毫不影響其在儲能領域的應用場景拓展。業內分析認為，現階段戶儲系統容量正從3kWh至5kWh向著5kWh至20kWh迭代，而大圓柱電池得益于全極耳技術、制造工藝和材料體系優化，在單體容量、成本、性能、循環和安全方面優勢明顯，這也使得大圓柱磷酸鐵鋰電池備受戶儲市場的青睞。
此前特斯拉就表示，4680電池不僅將用在電動汽車上，還會拓展到儲能領域。如今針對儲能市場應用場景，目前包括億緯鋰能、鵬輝能源、海辰儲能等電池企業已推出了儲能型大圓柱磷酸鐵鋰電池。其中億緯鋰能針對戶儲市場已推出40135系列大圓柱磷酸鐵鋰電池；鵬輝能源40135型號大圓柱磷酸鐵鋰電池已收到客戶訂單，適用于便攜儲能、戶儲等領域。
同時大圓柱電池在儲能領域的前景也不斷吸引著新玩家入局。日前力華電源科技25GWh大圓柱儲能電池項目正式開工，項目總投資100億元，將新上全自動儲能電池生產線，專注生產46直徑系列大圓柱電池。雖然該項目的具體投產時間尚未可知，但釋放出的明確信號是國內大圓柱磷酸鐵鋰儲能電池在儲能領域的商業化進程正在提速，萬事俱備，只欠東風。
商業化面臨諸多挑戰
大圓柱電池之所以受到熱捧，核心原因就是它的性能稟賦更貼合車企的實際訴求，既能滿足高能量密度，又能兼顧低成本。能量密度提升主要來自于硅負極的使用。硅負極的理論克容量是傳統石墨負極的10倍，但硅負極在充放電過程中體積會發生膨脹，讓電池變形，膨脹率是石墨的25倍。因此在方形電池和軟包電池中，對于硅負極的使用顯得較為謹慎。
而圓柱電池的結構天生抗壓，內部結構也比方殼和軟包更加均勻，類似于可樂罐，可以在硅負極發生膨脹時向多個方向分散壓力，因此更適合硅負極。再搭配高鎳正極材料，大圓柱電池的能量密度天花板相對更高。馬斯克曾提到，特斯拉的4680電池單體能量密度可以達到 300Wh/kg，國軒高科稱其46系電芯達310Wh/kg，億緯鋰能則將數值拉高到350Wh/kg。
在提高能量密度的同時，大圓柱電池也戳中了車企降本心思。圓柱電池使用歷史悠久，不僅電芯一致性較好，生產效率上限也更高。業內圓柱電池頂尖生產水平可達到 300PPM，也就是每分鐘產出300個圓柱電芯。方形電池容目前普遍在20至30 PPM，就算比亞迪最先進的的產線，產能設計上限也只有60PPM。因此理論上4680的產線效率可以提升大約五倍。
與此同時，搭載體積更大的4680電池就能減少電池單體的數量和焊接配件，從而簡化電池包結構，降低材料的使用。資料顯示特斯拉4680電池的正極材料采用了鎳鈷鋁材料，價格相對低廉，且能夠提供更高的能量密度。而通過材料降本及更高的生產效率，其成本有望降低25%以上。此外大圓柱電池相比小圓柱電池電芯內阻降低80%以上，倍率性能更優。
性能優勢明顯、應用前景廣闊，但是事實上，大圓柱電池的規?；慨a卻頗為波折。其首要的原因就在于相較于小圓柱電池的單極耳結構，大圓柱電池工藝更加復雜。46系圓柱電池多采用無極耳設計，圍繞電池切割和激光焊接等工藝環節變化較大，工藝復雜性較高，對設備精度和效率都提出了更高要求。業內認為，大圓柱電池最大的挑戰在于焊接技術。
此外從產線設備來看，因為生產工藝存在較大區別，大圓柱電池就需要全新的設備。而據了解當前國內針對46系的產線設備目前沒有完整的供應商，需要電池企業分段采購，而這就要求各段設備之間的磨合要求相當高。設備企業表示，即使有客戶下大圓柱設備訂單，我們也沒有產能，大圓柱設備還有很多問題未解決，即使批量生產，風險也是非常大的。
而在復雜生產工藝以及生產設備未成熟的背景下，大圓柱電池的良率還有待提升。有行業人士表示，大圓柱電池若想實現大規模量產，良品率需要超過95%，因為在鋰電池行業95%以上的良品率才具有經濟性，而國內部分布局大圓柱電池企業良品率尚未達到要求。即使是特斯拉佛里蒙特工廠生產的4680電芯平均良率僅92%，與方形電池99%良率差距明顯。
而在材料方面，此前被認為將在4680電池領域大放異彩的硅負極材料，其應用的情況也難言樂觀。特斯拉此前就表示，會將硅碳負極應用4680電池上。但直到目前，特斯拉都沒有實現對硅碳負極版本4680電池的量產。經技術機構拆解發現，特斯拉4680電池負極并不含碳化硅，而是石墨。更有媒體質疑，其4680大圓柱電池能量密度還不如2170電池。
目前部分電池廠對大圓柱電池的生產還處于準備跟進階段，可能生產成本會偏高。當下陷入價格戰的新能源車企紛紛把降成本當作核心需求，因而會更加從綜合性能、成本與規模量產能力來選擇電池的使用。在降本需求迫切與技術未成熟的雙重影響下，當前大圓柱電池優勢尚未完全開發出來，難免會被冷落。而即使是提出概念的特斯拉，態度也有所轉變。
據媒體報道，最近4680大圓柱電池主要推動者的特斯拉，現在看來似乎已意興闌珊。根據其近期發布的遠景規劃顯示，未來的緊湊型電動汽車和中型電動汽車Model 3/Y，都將使用磷酸鐵鋰電池，比例占到其總電池用量的近80%。而根據此前馬斯克的規劃，特斯拉將對大圓柱46系電池寄予厚望，表示特斯拉未來所有電動車型都將使用4680大圓柱電池。
而對于大圓柱電池適用什么車型？業內人士認為，大圓柱電池是個好東西，但并不是所有的車企都有福消受。只有高價格、高性能的車，或者800V高壓快充的車型，才是大圓柱的最優選擇，常規的400V沒必要上大圓柱。大圓柱電池不管是所用原材料，還是干電極工藝均為當前行業較為前沿產品或工藝，成本均較高，因此階段性市場將從中高端市場開始。
盡管商業化面臨諸多難點，但大圓柱電池產業逐步發展壯大的趨勢已明朗，未來仍具有很大的市場空間。中金公司研報顯示，預期隨著各企業工藝改進、產線跑通，未來4680電池良率有望持續提升。同時隨著大圓柱電池良品率提升與成本下降，必將會有更多車企引入大圓柱電池。預計到2025年，4680等大圓柱電池總裝機有望超180GWh，裝機占比約12%。
業內普遍認為，從各家企業披露的消息來看，大圓柱電池已經進入到量產前夜。但是大圓柱電池作為最新的產品形態，想要實現產業化落地，需要經過漫長的過程。大圓柱電池只有通過結構創新與材料體系，實現更高效制造、更高性能和更低成本，才能滿足電動車及儲能市場需求，成為電池廠商重要技術路線。這個目標，需要整個產業鏈共同發力才能實現。
轉載請注明出處。
1.本站遵循行業規范，任何轉載的稿件都會明確標注作者和來源；2.本站的原創文章，請轉載時務必注明文章作者和來源，不尊重原創的行為我們將追究責任；3.作者投稿可能會經我們編輯修改或補充。
熱點推薦
精選導讀
關注我們