專題
[摘要]當(dāng)前大圓柱電池已經(jīng)進(jìn)入到量產(chǎn)前夜。但是大圓柱電池作為全新的產(chǎn)品形態(tài)，想要實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化落地，需要經(jīng)過漫長的過程。大圓柱電池只有通過結(jié)構(gòu)創(chuàng)新與材料體系創(chuàng)新，實(shí)現(xiàn)更高效制造、更高性能和更低成本，才能滿足電動(dòng)車及儲(chǔ)能市場需求，最終實(shí)現(xiàn)商業(yè)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(tài)。資料顯示，當(dāng)前國內(nèi)主流電池廠商中，寧德時(shí)代、比亞迪、中航創(chuàng)新等主打方形電池，圓柱電池主要代表企業(yè)有億緯鋰能、國軒高科等。在寧德時(shí)代和比亞迪兩家企業(yè)引領(lǐng)下方形電池成為主流。以2023年前三季度動(dòng)力電池裝機(jī)量為例，方形動(dòng)力電池占比達(dá)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(chǎn)4680大圓柱電池。按照馬斯克的設(shè)想，大圓柱電池可讓特斯拉電動(dòng)車?yán)m(xù)航里程提升16%，而生產(chǎn)成本降低50%，甚至被認(rèn)為是鋰電之光。隨后包括松下、LG、億緯鋰能、遠(yuǎn)景動(dòng)力、寧德時(shí)代、比克電池等企業(yè)接連宣布將大圓柱電池納入公司技術(shù)發(fā)展路徑，大圓柱電池在鋰電池行業(yè)的呼聲日漸高漲。
根據(jù)研究機(jī)構(gòu)預(yù)測，截至2023年10月全球大圓柱電池已布局產(chǎn)能超450GWh。截至目前46系大圓柱全極耳電池在國外已實(shí)現(xiàn)量產(chǎn)，而在國內(nèi)處于小批量出貨、送樣階段。預(yù)計(jì)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(yù)計(jì)在此期間，國內(nèi)大圓柱電池生產(chǎn)設(shè)備市場規(guī)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(chǎn)業(yè)化進(jìn)程卻極度緩慢。據(jù)悉直到2023年中期特斯拉大圓柱電池才開始小規(guī)模量產(chǎn)。公開資料顯示，2023年6月特斯拉生產(chǎn)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(chǎn)量約為3000萬顆。而其他企業(yè)更是將量產(chǎn)時(shí)間推遲至今年或是明年以后。
大圓柱電池量產(chǎn)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(lán)圖。據(jù)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(dòng)汽車?yán)m(xù)航里程提高16%。馬斯克還提到，4680電池將是特斯拉2023年計(jì)劃中的重要組成部分，特斯拉未來所有的電動(dòng)車型都將使用4680大圓柱形電池。雄心溢于言表。
根據(jù)特斯拉當(dāng)時(shí)規(guī)劃，2022年大圓柱電池產(chǎn)能將達(dá)到100GWh，到2023年達(dá)到3TWh。這也意味著特斯拉自2022年起就能實(shí)現(xiàn)電池自給自足，無需向外采購。但事實(shí)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(guī)模量產(chǎn)。據(jù)公開信息顯示，直到2023年10月特斯拉才生產(chǎn)2000萬顆4680電芯，與預(yù)期目標(biāo)相距甚遠(yuǎn)。
而在應(yīng)用方面，特斯拉也沒有實(shí)現(xiàn)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(yīng)用于Model Y AWD基礎(chǔ)款。或許是因?yàn)?680大圓柱電池的難產(chǎn)，特斯拉北美官方網(wǎng)站已經(jīng)下線該車型。據(jù)悉近日特斯拉又將4680電池應(yīng)用于旗下Cybertruck，即賽博皮卡，其在國內(nèi)官方名稱為賽博越野旅行車。其他車型仍計(jì)劃使用磷酸鐵鋰電池。
即便是這樣，按照特斯拉當(dāng)前的產(chǎn)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(dá)到200萬輛。特斯拉4680大圓柱電池量產(chǎn)難還體現(xiàn)在了其最新財(cái)報(bào)后的電話會(huì)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(chǎn)能增長年，公司將在2024年三季度新建四條4680電池產(chǎn)線，同時(shí)會(huì)增加其他的供應(yīng)商。
作為與寶馬簽訂大圓柱電池供應(yīng)協(xié)議的三家企業(yè)之一，億緯鋰能在大圓柱電池方面的布局也是非常的激進(jìn)。2022年9月，寶馬集團(tuán)宣布，將從2025年起在新世代車型中使用46系標(biāo)準(zhǔn)直徑的大圓柱電池。為滿足新電池的生產(chǎn)需求，寶馬集團(tuán)將在全球建造六座工廠。同時(shí)與寧德時(shí)代和億緯鋰能、遠(yuǎn)景動(dòng)力分別簽訂了合約，將其納入大圓柱電池供應(yīng)商隊(duì)伍。
自此億緯鋰能開啟了對大圓柱電池產(chǎn)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(xié)議，購買其位于德布勒森西北工業(yè)區(qū)的土地，用于生產(chǎn)大圓柱動(dòng)力電池，滿足客戶寶馬的市場需求，去年11月億緯鋰能年產(chǎn)能20GWh的大圓柱電池工廠已在荊門建成投產(chǎn)。資料顯示，億緯鋰能大圓柱電池產(chǎn)能規(guī)劃已超100GWh。
消息顯示，去年億緯鋰能國內(nèi)的46系列高比能大圓柱電池產(chǎn)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(shí)現(xiàn)商業(yè)化交付和應(yīng)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(jì)約88GWh，三元大圓柱電池也已經(jīng)取得未來5年客戶意向性需求合計(jì)約392GWh，兩者合計(jì)已接近480GWh。
而最新的消息是，億緯鋰能在今年初已正式實(shí)現(xiàn)46系列大圓柱電池裝車。1月31日，江淮瑞風(fēng)RF8上市發(fā)布會(huì)在東莞松山湖隆重舉行，標(biāo)志著搭載億緯鋰能大圓柱電池的江淮瑞風(fēng)RF8正式上市。江淮瑞風(fēng)RF8電池容量44.5kWh，在量產(chǎn)插電混動(dòng)MPV中排名首位。億緯鋰能坦言，現(xiàn)在大圓柱需要解決制造的問題，而不是研發(fā)問題，預(yù)計(jì)下半年實(shí)現(xiàn)量產(chǎn)。
其他電池企業(yè)方面，寧德時(shí)代此前表示已經(jīng)規(guī)劃了8條產(chǎn)線、共計(jì)12GWh的4680大圓柱電池產(chǎn)能，并在中國和歐洲各建20GWh產(chǎn)能，預(yù)計(jì)2024年開始量產(chǎn)2025年正式交付；遠(yuǎn)景動(dòng)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(guī)劃年產(chǎn)能達(dá)到30GWh，計(jì)劃將于2026年投產(chǎn)；松下動(dòng)力電池首席技術(shù)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(lǐng)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(hào)發(fā)布招募公告，擬對2023年大圓柱電池全自動(dòng)烘烤線設(shè)備實(shí)行供應(yīng)商公開招募。比亞迪此次招募產(chǎn)品為全自動(dòng)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(nèi)排名靠前的電池企業(yè)，幾乎全部涉足到該領(lǐng)域。
事實(shí)上，盡管大圓柱電池在新能源車領(lǐng)域產(chǎn)業(yè)化進(jìn)程緩慢，但是絲毫不影響其在儲(chǔ)能領(lǐng)域的應(yīng)用場景拓展。業(yè)內(nèi)分析認(rèn)為，現(xiàn)階段戶儲(chǔ)系統(tǒng)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(shù)、制造工藝和材料體系優(yōu)化，在單體容量、成本、性能、循環(huán)和安全方面優(yōu)勢明顯，這也使得大圓柱磷酸鐵鋰電池備受戶儲(chǔ)市場的青睞。
此前特斯拉就表示，4680電池不僅將用在電動(dòng)汽車上，還會(huì)拓展到儲(chǔ)能領(lǐng)域。如今針對儲(chǔ)能市場應(yīng)用場景，目前包括億緯鋰能、鵬輝能源、海辰儲(chǔ)能等電池企業(yè)已推出了儲(chǔ)能型大圓柱磷酸鐵鋰電池。其中億緯鋰能針對戶儲(chǔ)市場已推出40135系列大圓柱磷酸鐵鋰電池；鵬輝能源40135型號(hào)大圓柱磷酸鐵鋰電池已收到客戶訂單，適用于便攜儲(chǔ)能、戶儲(chǔ)等領(lǐng)域。
同時(shí)大圓柱電池在儲(chǔ)能領(lǐng)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(chǔ)能電池項(xiàng)目正式開工，項(xiàng)目總投資100億元，將新上全自動(dòng)儲(chǔ)能電池生產(chǎn)線，專注生產(chǎn)46直徑系列大圓柱電池。雖然該項(xiàng)目的具體投產(chǎn)時(shí)間尚未可知，但釋放出的明確信號(hào)是國內(nèi)大圓柱磷酸鐵鋰儲(chǔ)能電池在儲(chǔ)能領(lǐng)域的商業(yè)化進(jìn)程正在提速，萬事俱備，只欠東風(fēng)。
商業(yè)化面臨諸多挑戰(zhàn)
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(shí)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(fù)極的使用。硅負(fù)極的理論克容量是傳統(tǒng)石墨負(fù)極的10倍，但硅負(fù)極在充放電過程中體積會(huì)發(fā)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(fù)極的使用顯得較為謹(jǐn)慎。
而圓柱電池的結(jié)構(gòu)天生抗壓，內(nèi)部結(jié)構(gòu)也比方殼和軟包更加均勻，類似于可樂罐，可以在硅負(fù)極發(fā)生膨脹時(shí)向多個(gè)方向分散壓力，因此更適合硅負(fù)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(dá)到 300Wh/kg，國軒高科稱其46系電芯達(dá)310Wh/kg，億緯鋰能則將數(shù)值拉高到350Wh/kg。
在提高能量密度的同時(shí)，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(chǎn)效率上限也更高。業(yè)內(nèi)圓柱電池頂尖生產(chǎn)水平可達(dá)到 300PPM，也就是每分鐘產(chǎn)出300個(gè)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(jìn)的的產(chǎn)線，產(chǎn)能設(shè)計(jì)上限也只有60PPM。因此理論上4680的產(chǎn)線效率可以提升大約五倍。
與此同時(shí)，搭載體積更大的4680電池就能減少電池單體的數(shù)量和焊接配件，從而簡化電池包結(jié)構(gòu)，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(jià)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(chǎn)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(nèi)阻降低80%以上，倍率性能更優(yōu)。
性能優(yōu)勢明顯、應(yīng)用前景廣闊，但是事實(shí)上，大圓柱電池的規(guī)模化量產(chǎn)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(jié)構(gòu)，大圓柱電池工藝更加復(fù)雜。46系圓柱電池多采用無極耳設(shè)計(jì)，圍繞電池切割和激光焊接等工藝環(huán)節(jié)變化較大，工藝復(fù)雜性較高，對設(shè)備精度和效率都提出了更高要求。業(yè)內(nèi)認(rèn)為，大圓柱電池最大的挑戰(zhàn)在于焊接技術(shù)。
此外從產(chǎn)線設(shè)備來看，因?yàn)樯a(chǎn)工藝存在較大區(qū)別，大圓柱電池就需要全新的設(shè)備。而據(jù)了解當(dāng)前國內(nèi)針對46系的產(chǎn)線設(shè)備目前沒有完整的供應(yīng)商，需要電池企業(yè)分段采購，而這就要求各段設(shè)備之間的磨合要求相當(dāng)高。設(shè)備企業(yè)表示，即使有客戶下大圓柱設(shè)備訂單，我們也沒有產(chǎn)能，大圓柱設(shè)備還有很多問題未解決，即使批量生產(chǎn)，風(fēng)險(xiǎn)也是非常大的。
而在復(fù)雜生產(chǎn)工藝以及生產(chǎn)設(shè)備未成熟的背景下，大圓柱電池的良率還有待提升。有行業(yè)人士表示，大圓柱電池若想實(shí)現(xiàn)大規(guī)模量產(chǎn)，良品率需要超過95%，因?yàn)樵阡囯姵匦袠I(yè)95%以上的良品率才具有經(jīng)濟(jì)性，而國內(nèi)部分布局大圓柱電池企業(yè)良品率尚未達(dá)到要求。即使是特斯拉佛里蒙特工廠生產(chǎn)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(rèn)為將在4680電池領(lǐng)域大放異彩的硅負(fù)極材料，其應(yīng)用的情況也難言樂觀。特斯拉此前就表示，會(huì)將硅碳負(fù)極應(yīng)用4680電池上。但直到目前，特斯拉都沒有實(shí)現(xiàn)對硅碳負(fù)極版本4680電池的量產(chǎn)。經(jīng)技術(shù)機(jī)構(gòu)拆解發(fā)現(xiàn)，特斯拉4680電池負(fù)極并不含碳化硅，而是石墨。更有媒體質(zhì)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(chǎn)還處于準(zhǔn)備跟進(jìn)階段，可能生產(chǎn)成本會(huì)偏高。當(dāng)下陷入價(jià)格戰(zhàn)的新能源車企紛紛把降成本當(dāng)作核心需求，因而會(huì)更加從綜合性能、成本與規(guī)模量產(chǎn)能力來選擇電池的使用。在降本需求迫切與技術(shù)未成熟的雙重影響下，當(dāng)前大圓柱電池優(yōu)勢尚未完全開發(fā)出來，難免會(huì)被冷落。而即使是提出概念的特斯拉，態(tài)度也有所轉(zhuǎn)變。
據(jù)媒體報(bào)道，最近4680大圓柱電池主要推動(dòng)者的特斯拉，現(xiàn)在看來似乎已意興闌珊。根據(jù)其近期發(fā)布的遠(yuǎn)景規(guī)劃顯示，未來的緊湊型電動(dòng)汽車和中型電動(dòng)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(jù)此前馬斯克的規(guī)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(dòng)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(yè)內(nèi)人士認(rèn)為，大圓柱電池是個(gè)好東西，但并不是所有的車企都有福消受。只有高價(jià)格、高性能的車，或者800V高壓快充的車型，才是大圓柱的最優(yōu)選擇，常規(guī)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(dāng)前行業(yè)較為前沿產(chǎn)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(yè)化面臨諸多難點(diǎn)，但大圓柱電池產(chǎn)業(yè)逐步發(fā)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(bào)顯示，預(yù)期隨著各企業(yè)工藝改進(jìn)、產(chǎn)線跑通，未來4680電池良率有望持續(xù)提升。同時(shí)隨著大圓柱電池良品率提升與成本下降，必將會(huì)有更多車企引入大圓柱電池。預(yù)計(jì)到2025年，4680等大圓柱電池總裝機(jī)有望超180GWh，裝機(jī)占比約12%。
業(yè)內(nèi)普遍認(rèn)為，從各家企業(yè)披露的消息來看，大圓柱電池已經(jīng)進(jìn)入到量產(chǎn)前夜。但是大圓柱電池作為最新的產(chǎn)品形態(tài)，想要實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化落地，需要經(jīng)過漫長的過程。大圓柱電池只有通過結(jié)構(gòu)創(chuàng)新與材料體系，實(shí)現(xiàn)更高效制造、更高性能和更低成本，才能滿足電動(dòng)車及儲(chǔ)能市場需求，成為電池廠商重要技術(shù)路線。這個(gè)目標(biāo)，需要整個(gè)產(chǎn)業(yè)鏈共同發(fā)力才能實(shí)現(xiàn)。
轉(zhuǎn)載請注明出處。
1.本站遵循行業(yè)規(guī)范，任何轉(zhuǎn)載的稿件都會(huì)明確標(biāo)注作者和來源；2.本站的原創(chuàng)文章，請轉(zhuǎn)載時(shí)務(wù)必注明文章作者和來源，不尊重原創(chuàng)的行為我們將追究責(zé)任；3.作者投稿可能會(huì)經(jīng)我們編輯修改或補(bǔ)充。
熱點(diǎn)推薦
精選導(dǎo)讀
關(guān)注我們 關(guān)注微信公眾號(hào)，了解最新精彩內(nèi)容
