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減配量產(chǎn)的4680電池為什么熱度不減?

時(shí)間:2023-02-19 10:34來源:汽車營造社 作者:韋燕玲
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越來越多的車企拋出了對大圓柱電池的橄欖枝。

據(jù)不完全統(tǒng)計(jì),自2020年特斯拉官宣4680大圓柱電池的技術(shù)路線之后,目前已經(jīng)有寶馬、沃爾沃、Stellantis、蔚來汽車、大運(yùn)汽車、江淮汽車、保時(shí)捷、嵐圖等國內(nèi)外主機(jī)廠陸續(xù)宣布旗下車型將支持大圓柱系列電池。

而在上游,動(dòng)力電池廠商們也紛紛布局大圓柱電池。寧德時(shí)代、億緯鋰能、遠(yuǎn)景動(dòng)力等國內(nèi)頭部廠商都已經(jīng)拿下不少46系列大圓柱電池訂單,LG新能源、松下、三星SDI等國外龍頭也在加緊布局4680電池產(chǎn)線。

據(jù)中金公司預(yù)測,到2025年,4680等大圓柱電池總裝機(jī)量有望超180GWh,占動(dòng)力電池總裝機(jī)量約12.2%。

但4680電池從官宣至今,依然沒有進(jìn)入大規(guī)模量產(chǎn)階段,并且還傳出了電池原材料“減配“的消息。那么為何大圓柱電池會(huì)成為行業(yè)熱潮?這又將會(huì)對整個(gè)產(chǎn)業(yè)鏈產(chǎn)生什么影響?

 
 
01 4680電池帶火大圓柱路線 量產(chǎn)技術(shù)難度大


2020年9月23日,特斯拉在其電池日正式推出了4680電池,是其繼18650電池、21700電池之后的第三代產(chǎn)品。相較于前一代電池,4680電池在能量方面提高5倍、續(xù)航里程提高16%、動(dòng)力方面提高6倍、成本方面降低14%。

4680電池之所以“出道即巔峰”引來業(yè)界矚目,主要是用大電芯、全極耳、干電極三大殺手锏,兼顧了成本效益與電池性能。

中國電池產(chǎn)業(yè)研究院院長吳輝認(rèn)為,圓柱電池采用大電芯,單體比小圓柱電池要大5-6倍,系統(tǒng)集成難度相對較低,集成效率會(huì)更高;并且其生產(chǎn)自動(dòng)化程度高,標(biāo)準(zhǔn)比較統(tǒng)一,后期的能量密度也會(huì)較高,制造成本相對軟包等也會(huì)低一些。

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首先,4680電池相較于21700電池,電芯尺寸變大,直徑從27mm變?yōu)?6mm,高度從70mm變?yōu)?0mm。更大的電芯意味著整個(gè)電池組中所需的電芯數(shù)量減少,能夠有效減少電池包中電芯金屬外殼占比,減少焊接數(shù)量等,有效減少了成本。

全極耳工藝則是指正負(fù)極材料的兩側(cè)邊沿全部被作為正/負(fù)極,這可以顯著增加電流通路,這使得4680電池的散熱和熱管理性能有所提升,進(jìn)而具備15分鐘內(nèi)可將電池從0充至80%電量的快充能力。即續(xù)航600公里的車,充電10-15min就可以滿足400-500公里的續(xù)航,能夠大大緩解新能源汽車的充電焦慮。

干電極技術(shù)則是指不使用溶劑,直接將少量(大約占比5%~8%)細(xì)粉狀PTFE與正極/負(fù)極粉末粘合,通過擠壓機(jī)形成薄的電極材料帶,再將電極材料帶層壓到金屬箔集電體上形成成品電極,有助于達(dá)到更高的能量密度。

但4680電池的量產(chǎn)難度也非常大。

首先在生產(chǎn)設(shè)備方面,一方面4680電池對電池卷繞機(jī)的精度要求較高,但因?yàn)殡娦倔w積較大,對齊也更加困難。而全極耳技術(shù)因?yàn)槎嗔思黧w黏附工藝,也是全新的挑戰(zhàn)。

其次,特斯拉提出的干電極技術(shù)相比傳統(tǒng)的濕法技術(shù),干法電極成膜的均勻度和一致性更難控制,而電動(dòng)汽車電池的電極又較大較厚,因此生產(chǎn)的難度更高。

除此之外,4680電池還出現(xiàn)了被認(rèn)為是“減配”量產(chǎn)的問題

此前,特斯拉曾表示4680電池的負(fù)極將采用碳化硅材料以提高能量密度,但當(dāng)前碳化硅材料仍然存在成本過高且供給不足等問題,因此這在現(xiàn)階段只是空頭支票。

2022年8月,美國的The Limiting Factor技術(shù)機(jī)構(gòu)在拆解特斯拉4680電池時(shí)發(fā)現(xiàn)其負(fù)極材料中僅包含石墨,并不含硅材料。這也證實(shí)了現(xiàn)階段的4680電池并沒有采用碳化硅新材料,所以現(xiàn)階段的4680在一定程度上還只是減配版本。

但近期特斯拉在4680電池干電極技術(shù)方面似乎取得了突破。

據(jù)外媒,近日美國專利商標(biāo)局授予了特斯拉電池干電極領(lǐng)域四項(xiàng)專利,其中包括干電極薄膜和微顆粒非纖維性黏結(jié)劑、新型電極黏結(jié)劑、儲(chǔ)能設(shè)備的金屬元素和碳混合物及制備3-r-1,4,2-二惡唑-5-酮化合物的方法等。

并且最近特斯拉在得州的超級工廠安裝了兩臺(tái)巨大的壓力機(jī),外界認(rèn)為這兩臺(tái)機(jī)器極有可能被用來進(jìn)行干法電極的生產(chǎn)。

 
02 進(jìn)入大規(guī)模量產(chǎn)前夜 車企、電池廠持續(xù)加碼
 

2020年正式亮相之后,特斯拉就在其加州的弗里蒙特工廠進(jìn)行試制4680電池,目前電池的良品率已經(jīng)從最開始的20%升至92%,并在2022年開始了小批量交付。

據(jù)特斯拉2022年第四季度財(cái)報(bào),加州弗里蒙特工廠的4680電池產(chǎn)能已經(jīng)大幅提升,目前每周可生產(chǎn)86.8萬顆電芯,足夠裝備1000多輛電動(dòng)汽車。

此外,今年1月特斯拉又宣布將投資36億美元(約合人民幣245.85億元)擴(kuò)建美國內(nèi)華達(dá)州工廠的生產(chǎn)設(shè)施和產(chǎn)能,并將重點(diǎn)生產(chǎn)內(nèi)部的 4680 電池和特斯拉Semi卡車。

當(dāng)然,僅靠特斯拉自己的工廠產(chǎn)能顯然是無法滿足其整車生產(chǎn)的需求的,因此其電池供應(yīng)商們也在緊鑼密鼓地推進(jìn)4680電池產(chǎn)線。

據(jù)外媒報(bào)道,松下預(yù)計(jì)最快于2023年3月在日本和歌山縣工廠量產(chǎn)4680電池,給特斯拉批量供貨;并且規(guī)劃在 2025 年 3 月之前投資 6000 億日元(約合人民幣309.9億元)在堪薩斯州建立電池廠生產(chǎn)4680電池。

LG新能源方面,其新建的4680圓柱電池生產(chǎn)線,將于2023年下半年開始投產(chǎn),年產(chǎn)能可達(dá)到9GWh。此外,三星SDI也正在韓國天安為特斯拉建立4680電池測試產(chǎn)線。

馬斯克在近期的電話會(huì)議上表示,特斯拉內(nèi)部4680電池的長期產(chǎn)能目標(biāo)是超過1000GWh。

據(jù)中金研報(bào),特斯拉率先應(yīng)用4680電池將在行業(yè)內(nèi)起到示范效應(yīng),并成為電池技術(shù)發(fā)展的一條結(jié)構(gòu)主線,今年極有可能將會(huì)成為4680電池規(guī)�;慨a(chǎn)的元年。

特斯拉將4680電池帶入規(guī)模量產(chǎn)的前夜,也加速了整個(gè)行業(yè)對于大圓柱電池的布局。目前來看,確實(shí)有不少整車廠、電池廠商已經(jīng)在快速跟進(jìn)。

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據(jù)不完全統(tǒng)計(jì),寶馬、戴姆勒、保時(shí)捷、大眾等外資車企均官宣了將采用大圓柱電池技術(shù)路線,預(yù)計(jì)在未來2年內(nèi),大圓柱電池將會(huì)陸續(xù)登陸旗下車型。

其中寶馬已經(jīng)與寧德時(shí)代、億緯鋰能、遠(yuǎn)景動(dòng)力達(dá)成協(xié)議,后者將在2025年正式為其供貨46系列的大圓柱電芯。

就在上月,外媒還報(bào)道稱,過去一直使用LG新能源供貨的軟包電池的通用汽車或?qū)⑥D(zhuǎn)向大圓柱電池,甚至一度因?yàn)榇耸聰R置了與LG新能源在美國建立第四家聯(lián)合電池工廠的計(jì)劃。

而一汽、江淮、東風(fēng)嵐圖、小鵬、蔚來等國內(nèi)主機(jī)廠們也釋放出了對大圓柱電池的興趣。

國內(nèi)電池企業(yè)方面,最早進(jìn)行大圓柱電池研究的是比克電池。2016年,比克電池就進(jìn)行了大圓柱電池全極耳技術(shù)研發(fā),今年1月28日比克電池大圓柱電池生產(chǎn)基地正式落戶常州。

蜂巢能源在2021年4月上海車展上也曾公布過一款23Ah的4680三元鋰電池產(chǎn)品,但量產(chǎn)時(shí)間暫不明朗。

去年12月底,億緯鋰能發(fā)布了其第一代鈉離子電池產(chǎn)品,封裝方式同樣采用大圓柱形態(tài),并且億緯鋰能還表示其46系列大圓柱鋰電池將在湖北荊門實(shí)現(xiàn)量產(chǎn)。

而國軒高科也在去年12月亮相了其首款46系列大圓柱電池產(chǎn)品,其電芯能量密度達(dá)到了310Wh/Kg,常溫下18分鐘能快速充電至80%。

除此之外,寧德時(shí)代、遠(yuǎn)景動(dòng)力、力神電池等廠商也在規(guī)劃其大圓柱電池產(chǎn)線,預(yù)計(jì)在未來2年內(nèi)進(jìn)行量產(chǎn)。

 
03 大圓柱電池市場份額持續(xù)上升 產(chǎn)業(yè)鏈企業(yè)迎新增長
 

比克電池副總裁樊文光指出,預(yù)計(jì)在未來5-10年內(nèi),不少新能源車企將會(huì)在其經(jīng)濟(jì)車型上采用方形或者刀片磷酸鐵鋰電池,中高端車型采用大圓柱三元電池。

他表示,保守預(yù)測,到2025年大圓柱電芯至少占整個(gè)市場30%以上的份額,市場前景較為可觀。

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隨著4680電池等大圓柱電池裝機(jī)量攀升,預(yù)計(jì)產(chǎn)業(yè)鏈上下游的諸如原材料、零部件以及加工設(shè)備的需求也會(huì)大幅增長。

其中重點(diǎn)涉及到高鎳正極、硅碳負(fù)極、電解液中的新鋰鹽LiFSI、導(dǎo)電劑材料中的單壁碳納米管CNT、大圓柱結(jié)構(gòu)件以及激光膜切設(shè)備、涂布機(jī)、卷繞機(jī)高速激光制片機(jī)、焊接設(shè)備、中段裝配設(shè)備等。

目前高鎳三元材料產(chǎn)業(yè)鏈企業(yè)龍頭股為當(dāng)升科技,2021年,當(dāng)升科技公司實(shí)現(xiàn)凈利潤10.91億,同比增長183.45%,近五年復(fù)合增長為44.51%;毛利率18.24%。2020年,當(dāng)升科技高鎳三元正極材料產(chǎn)能占比達(dá)77.8%,國內(nèi)出貨量第一。而國軒高科、億緯鋰能、豐元股份、寧德時(shí)代等也都是高鎳三元正極材料的龍頭上市企業(yè)。

硅基負(fù)極方面,杉杉股份是目前市場上少數(shù)具備硅基負(fù)極規(guī)�;慨a(chǎn)能力的負(fù)極材料企業(yè)。

新型鋰鹽LiFSI方面,天賜材料則是行業(yè)龍頭,目前天賜材料LiFSI裝置目前已達(dá)到穩(wěn)定生產(chǎn)狀態(tài),達(dá)到年產(chǎn)4000噸水平。

在生產(chǎn)設(shè)備方面,逸飛激光、互贏科技、鉑納特斯等都是4680大圓柱電池關(guān)鍵上游企業(yè)。

(責(zé)任編輯:子蕊)
文章標(biāo)簽: 電池 4680電池
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