大圓柱電池從甘露寺回來了
時間:2023-11-28 10:53來源:甲子光年 作者:張麟
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新能源車企對動力電池有什么要求？
為多家車企提供動力電池的寧德時代，對動力電池性能的考核有6個要素：能量密度、安全性、成本、充電速度、耐溫性和良品率。
比克電池許嚴博士的話則更加直白，車企的要求就是“既要又要還要再要”。
由于動力電池占整車成本近40%，車企與動力電池廠商之間博弈從未停息。車企會吐槽動力電池價格高，賣車是“給動力電池廠商打工”；動力電池廠商則會埋怨車企需求持續(xù)加碼，把行業(yè)弄得“又卷又焦慮”。
按照封裝形式來劃分，鋰電池可以分為方形、圓柱、軟包三種形態(tài)，從技術角度看，三種形態(tài)的電池各有特點。在寧德時代、比亞迪等頭部動力電池廠商帶動下，方形電池一直占據(jù)絕對主導地位。
行業(yè)里不是沒有“破局者”。2020年9月，特斯拉CEO馬斯克宣布：“我們將生產(chǎn)一種更為先進的圓柱電池，電池單體能量密度提升 5 倍，成本降低 14%，而搭載該電池的電動汽車續(xù)航里程提高 16%。”
簡單來說就是，大圓柱電池可以滿足車企“既要又要還要再要”的要求。
大圓柱電池一時間風光無比，但是事情進展并沒有那么順利，大圓柱電池生產(chǎn)工藝復雜影響了量產(chǎn)，目前特斯拉依然從寧德時代源源不斷地采購電池。今年馬斯克到訪中國，見的唯一一位中國企業(yè)家就是寧德時代董事長曾毓群。
不過，一度被認為“涼了”的大圓柱電池在今年又“熱了”起來，如同甄嬛從甘露寺回到了紫禁城。
1.在“寧王的盲區(qū)”跑馬圈地
不同于方形電池，目前大圓柱電池市場暫未形成一家獨大的局面。
寧德時代還是更青睞方形的“麒麟電池”，其官方表示，在相同的化學體系、同等電池包尺寸下，麒麟電池包的電量，相比4680大圓柱型電池系統(tǒng)可以提升13%。
或許是覺得與寧德時代在方形電池領域的強勢不同，業(yè)內(nèi)部分評論人士形容大圓柱電池領域是“寧王的盲區(qū)”。
但是根據(jù)寧德時代官網(wǎng)發(fā)布的信息，從2025年開始，寧德時代將為寶馬集團“新世代”車型架構的純電車型供應圓柱電池。協(xié)議顯示，寧德時代將為寶馬供應標準直徑為46毫米的新型圓柱電池，這些產(chǎn)品將在位于中國和歐洲的兩座電池工廠生產(chǎn)，每座工廠供應寶馬的年產(chǎn)能20GWh。
“寧王的盲區(qū)”的說法雖然并不準確，但對相比方形電池領域來說，“寧王”在大圓柱電池領域并不占優(yōu)勢地位，這對其他動力電池廠商還是意味著機會。
此前國內(nèi)已有部分動力電池廠商研發(fā)大圓柱電池，但是今年，一位重量級選手公開入局了。
7月18日，“比亞迪采購與供應管理”公眾號發(fā)布“比亞迪集團擬對2023年大圓柱電池全自動烘烤線設備實行供應商公開招募”的消息，坐實了比亞迪已布局大圓柱電池，且已經(jīng)進展到一定階段。
11月16日，金楊股份在互動平臺上稱，公司今年下半年開始向比亞迪小批量供應46系列電池精密結構件。公開資料顯示，該公司是國內(nèi)領先的電池精密結構件及材料制造商之一。
結合金楊股份此次透露的消息，比亞迪的大圓柱電池或?qū)⒃诓痪煤蠊几嗟募毠?jié)信息。
此前已經(jīng)布局大圓柱電池的廠商今年也加快了步伐。
今年9月，多家媒體報道蔚來汽車和蜂巢能源將達成合作，共同研發(fā)新一代大圓柱電池，同時會在馬鞍山一起投資試制線。這也是蔚來汽車在研發(fā)半固態(tài)電池后，又一次進行的電池布局。
而億緯鋰能的動作更快，本月初，億緯鋰能更新了可轉(zhuǎn)債募集問詢函回復，公告顯示，三元大圓柱電池已取得未來5年的客戶意向性需求合計約486GWh。
11月20日，中創(chuàng)新航管理層在全球合作伙伴大會上表示，明年四季度46系6C充電倍率的大圓柱實現(xiàn)量產(chǎn)。
高工產(chǎn)研（GGII）發(fā)布的《2023中國大圓柱鋰電池行業(yè)發(fā)展藍皮書》顯示，截至2023年10月，全球大圓柱電池已布局產(chǎn)能超450GWh，目前46系大圓柱全極耳電池在國外已實現(xiàn)量產(chǎn)，國內(nèi)處于小批量出貨、送樣階段。
大圓柱電池在經(jīng)歷了數(shù)年沉寂后開始爆發(fā)，它不僅在搶占未來動力電池市場份額，也在搶占電池廠商的研發(fā)重心。
但在三年前，市場對大圓柱電池的反應并沒有這么積極。
2.急速遇冷，沒有水花
2020年，特斯拉率先發(fā)布了4680大圓柱電池（4680代表電芯尺寸，即直徑46毫米，高度80毫米，其他型號的圓柱電池表意相同，一個電池包里通常有幾百到幾千個電芯）。雖然這種型號的電池體積還算不上夸張（我們?nèi)粘Ｊ褂玫?號電池直徑34.2毫米，高度61.5毫米），但相較于1865和2170電池，已經(jīng)可以稱得上“碩大”，因此市場上開始稱這種電池為“大圓柱”電池。
4680的尺寸并非隨意確定，特斯拉公司曾公開表示，46毫米的圓柱電池直徑是提升新能源汽車續(xù)航里程的最優(yōu)解，這其中涉及到了重量、電池容量、空間利用率等多重條件的相互平衡，同時也對節(jié)省電池制造成本和整車成本有很大幫助；相較于2170電池，4680電池容量可提高5倍，整車續(xù)航里程可提高16%。
4680電池造起來確實比較省錢，東吳證券、中國銀河證券等券商在報告中指出，4680電池相較于2170電池每千瓦時成本可下降約14%。
而且采用4680電池可以大大減少電池包中的電芯數(shù)量，對BMS管理系統(tǒng)的性能要求也會降低。以早期特斯拉Model Y、Model 3采用的74kWh電池包為例，搭載1865電池需要使用超過7200個電芯，搭載2170電池需要使用4416個電芯，而搭載4680電池只需使用950個左右的電芯。
4680大圓柱電池十分優(yōu)秀，但戲劇性的是這款電池并沒有按照馬斯克預想中的發(fā)展。
推出4680電池后，特斯拉引入了松下作為其大圓柱電池的供應商，但無論是特斯拉自己還是松下，都沒能處理好4680電池上的諸多創(chuàng)新點，而這些創(chuàng)新點恰恰是4680電池發(fā)揮其低成本、能量密度的關鍵。
例如，特斯拉的4680電池采用了無極耳設計，而極耳是鋰離子聚合物電池產(chǎn)品的原材料。一般來說，電池需要再正負極焊接極耳用來導電，但這會讓電子流通路徑變長，電阻增大。而無極耳設計即讓極片本身的一部分作為極耳，這種做法可有效提高電池性能。
特斯拉4680電池采用的“切疊”無極耳設計，圖片來源：特斯拉
此外，特斯拉4680電池最早的設定是正負極都采用干法電極技術，相當于直接將固體的電極材料壓在電極極板上，制成成品電極；而傳統(tǒng)的濕法電極工藝中，需要將電極材料與活性材料相溶混合，涂至電極極板上，再進行烘干。
干法電極工藝的好處仍然是能夠節(jié)省成本，涂抹、烘干等多個工藝環(huán)節(jié)可以因此而省去。
這些創(chuàng)新設計帶來了大量的實際生產(chǎn)問題，比如無極耳設計對焊接工藝的要求更高，容易出現(xiàn)極耳接觸不良，內(nèi)阻一致性差等問題；干法電極技術最終也只被應用到了石墨負極上，正極材料由于干法難度太大，連特斯拉自己也不得不放棄。
如今，距離特斯拉在2020年“Battery Day”推出4680電池已經(jīng)過去三年，特斯拉4680電池的大規(guī)模量產(chǎn)始終還未實現(xiàn)，今年5月份，特斯拉的4680電池供應商松下宣布將推遲4680電池的大規(guī)模生產(chǎn)至2024年4月，比原定日期延后了一年。
松下大圓柱電池
松下和特斯拉都低估了4680的量產(chǎn)難度，中國的動力電池廠商也有類似經(jīng)歷。在特斯拉推出4680電池后，盡管包括寧德時代、億緯鋰能、遠景動力、國軒高科等眾多國內(nèi)電池廠紛紛涉足大圓柱電池，但只有少量廠商推出了相關產(chǎn)品，且并沒有獲得太多的市場關注度。
在很多業(yè)內(nèi)人士看來，這是“一塊燙手的山芋”。
3.技術突破帶來的熱潮
沒有任何一家動力電池廠商能忽視大圓柱電池性能和成本上的優(yōu)勢，無論是特斯拉還是國內(nèi)的動力電池廠商，都在努力改良自己的技術工藝，而這種努力的成果開始在今年顯現(xiàn)。
對比“拉胯”的松下，特斯拉自己似乎在4680電池的量產(chǎn)上更有起色。
今年10月12日，特斯拉宣布其在得克薩斯州超級工廠已經(jīng)下線了第2000萬塊4680電池；而在今年6月17日，特斯拉才剛剛下線了第1000萬塊4680電池，在16周的時間里，特斯拉平均每天生產(chǎn)了約8.55萬塊電池。
國內(nèi)的電池廠商也開始發(fā)力。今年4月，中創(chuàng)新航首次公開了46系列“頂流”大圓柱電池；蜂巢能源也在今年5月的上海車展展出了4695大圓柱電池；億緯鋰能在原有的電池基礎上推出了4695 BEV模組方案；國軒高科年產(chǎn)10GWh的4695新能源電池項目宣布落地安徽合肥。
「甲子光年」發(fā)現(xiàn)，這種現(xiàn)象是技術突破帶來的熱潮。
大圓柱電池最大的特點，同時也是最難的技術工藝，就是極耳設計。「甲子光年」通過多個渠道獲悉，目前國內(nèi)大部分電池廠商的極耳加工工藝為“揉平”，而非特斯拉的“切疊”。
“切疊”工藝對質(zhì)量要求非常高，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齊，同時加注電解液時也更困難，這些都容易造成產(chǎn)品良率不高，且生產(chǎn)效率很低。2020年特斯拉剛剛推出4680電池時，良品率只有20%。
而“揉平”工藝雖然極耳形態(tài)控制起來有些難度，但好處是能夠提升生產(chǎn)效率。
知名咨詢公司羅蘭貝格全球合伙人時帥告訴「甲子光年」：“目前國內(nèi)的電池廠商很多都用的是揉平工藝，這種工藝可能會讓極耳出現(xiàn)坑坑洼洼的情況，有可能會影響焊接，但是它繞過了特斯拉遇到的問題，如果特斯拉都搞不定那我就要去尋求一個新的技術路線。”
國產(chǎn)大圓柱電池的技術難點正在通過資源投入解決，深圳中基、逸飛激光等國產(chǎn)大圓柱電池裝備供應商也開始針對極耳揉平推出產(chǎn)品并布局了專利。
比克電池副總裁李丹表示：“當前4680大圓柱電池生產(chǎn)效率在50~150ppm（電池單體生產(chǎn)效率，意為每分鐘生產(chǎn)的數(shù)量），對比原來的小圓柱產(chǎn)品單線產(chǎn)能提高了5倍左右，未來幾年，大圓柱電池的效率有望達到300ppm，單線年產(chǎn)能基本和方形電池相同。 ”
如果4680電池量產(chǎn)后，國內(nèi)電池廠商能做到較高的生產(chǎn)效率和較高的良品率（2022年下半年，特斯拉4680電池良品率達到92%），那么大圓柱電池將引發(fā)新的電池產(chǎn)業(yè)格局的變化。
4.未來是大圓柱電池的天下？
大圓柱電池的再次興起，正中了車企“降本增效”的下懷。
從電池性能本身來說，目前大圓柱電池的能量密度已經(jīng)超過300Wh/kg，如果量產(chǎn)將同時擁有很低的生產(chǎn)成本，較少的數(shù)量也能減輕電池管理的難度，這幾乎完美契合的車企對電池性能“既要又要還要”的需求。
某電池廠商市場人員對「甲子光年」介紹，目前在使用同樣的正負極材料體系的情況下（如正極都使用811三元材料，負極都使用石墨），4680電池的成本依舊比方形電池要高一些，但差距并不太大，多出來的成本主要來自銅箔使用量，以及切割、焊接設備的投資。
興業(yè)證券在研報中表示，2025年4680電池成本約為0.323元/Wh，而方型電池的成本在2022年為0.75元/wh，預計2025年為0.55元/Wh。假設一臺B級電動車續(xù)航700km，電池電量為100kWh，到2025年，方型電池的裝車成本約為5.5萬元，而使用4680電池的成本僅為3.23萬元。
“當大圓柱各層面達到充分規(guī)模化，以及電池回收成熟形成閉環(huán)后，預測大圓柱Wh成本不會高于方形磷酸鐵鋰電池的5%。 ”李丹說。
可以預見的成本優(yōu)勢讓從業(yè)人員和行研人員都開始看好大圓柱電池未來的市場走勢。
“目前很多大型新能源車企，在未來5-10年，敲定了經(jīng)濟型采用方殼/刀片磷酸鐵鋰電池，中高端采用三元+硅大圓柱電池的布局。”李丹告訴「甲子光年」，“保守預測，2025年動力電池需求將超過1600GWh，其中大圓柱電池至少占30%以上的份額，整體市場前景十分可觀。”
時帥認為“不能忽視”特斯拉對大圓柱電池的拉動效應，預計到2025年，46系列大圓柱電池的市場占比“在20%以上是沒什么問題的”。
此外，4680電池的結構能使其耐受更高的電壓。根據(jù)Insideevs的研究報告，在400V平臺上4680電池系統(tǒng)充電到70%的電量需要15分鐘，如果搭載到800V電壓平臺還會更快。這相當于4680電池是一個天然的超充電池，企業(yè)無需再電池端進行額外的超充研發(fā)。
大圓柱電池的應用不僅是能讓車更便宜、充電更快、跑得更遠，最重要的是在新能源汽車增速放緩，在車企在追求“降本增效”的時期，大圓柱電池或許能夠開啟一個新的動力電池時代。
以2022年國內(nèi)市場為例，中國汽車動力電池產(chǎn)業(yè)創(chuàng)新聯(lián)盟數(shù)據(jù)顯示，國內(nèi)全年動力電池裝車量為294.6GWh，其中方形電池占據(jù)93.2%的市場份額，仍然是市場主流。
但同時要看到的是，方形電池的能量密度已觸到天花板，生產(chǎn)工藝也十分成熟，升級路徑變少，性能提升空空間也不大，相比之下大圓柱電池在產(chǎn)業(yè)中處于“剛剛起步”的狀態(tài)，擁有更大的靈活性和可能性。
這種可能性對市場占比相對較小的電池廠商來說，稱為“咸魚翻身”的機會也不為過。
目前寧德時代仍在動力電池領域擁有絕對的話語權，其他電池廠商想在方形電池領域與其競爭難度頗大，它們不僅無法撼動寧德時代的地位，還容易出現(xiàn)技術侵權和專利糾紛。據(jù)了解，除了寧德時代和中創(chuàng)新航的專利官司，蜂巢能源、瑞浦蘭鈞等電池廠商都收到過寧德時代的專利侵權律師函。
在三元鋰電池競爭不過寧德時代、磷酸鐵鋰電池競爭不過比亞迪的情況下，大圓柱電池這個對誰來說都是新產(chǎn)品的電池，讓很多電池廠商看到了換道超車的機會和可能。
未來，大圓柱電池將會成為方形動力電池的有力競爭對手。“就車企來說，現(xiàn)在大家除了寧德時代還會引入別的供應商，這是為了平衡成本并保證供應穩(wěn)定性，未來大圓柱電池肯定也會是這樣。”時帥說。
如今，盡管大圓柱電池還沒有真正大規(guī)模量產(chǎn)，但不可否認的是，它成為了改變動力電池產(chǎn)業(yè)棋局的關鍵一子。
甄嬛，成為了鈕祜祿·甄嬛。
（封面圖來源：電視劇《后宮·甄嬛傳》）
(責任編輯：子蕊)
文章標簽：
大圓柱電池
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