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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，大圓柱電池生產工藝復雜影響了量產，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)”。
 
但是根據寧德時代官網發(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，這些產品將在位于中國和歐洲的兩座電池工廠生產，每座工廠供應寶馬的年產能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將在不久后公布更多的細節(jié)信息。
 
此前已經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量產。
 
高工產研（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能超450GWh，目前46系大圓柱全極耳電池在國外已實現量產，國內處于小批量出貨、送樣階段。
 
大圓柱電池在經歷了數年沉寂后開始爆發(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（我們日常使用的1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問題，比如無極耳設計對焊接工藝的要求更高，容易出現極耳接觸不良，內阻一致性差等問題；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電池已經過去三年，特斯拉4680電池的大規(guī)模量產始終還未實現，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的量產難度，中國的動力電池廠商也有類似經歷。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品，且并沒有獲得太多的市場關注度。
 
在很多業(yè)內人士看來，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。
 
對比“拉胯”的松下，特斯拉自己似乎在4680電池的量產上更有起色。
 
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了約8.55萬塊電池。
 
國內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，這種現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，這些都容易造成產品良率不高，且生產效率很低。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、逸飛激光等國產大圓柱電池裝備供應商也開始針對極耳揉平推出產品并布局了專利。
 
比克電池副總裁李丹表示：“當前4680大圓柱電池生產效率在50~150ppm（電池單體生產效率，意為每分鐘生產的數量），對比原來的小圓柱產品單線產能提高了5倍左右，未來幾年，大圓柱電池的效率有望達到300ppm，單線年產能基本和方形電池相同。 ”
 
如果4680電池量產后，國內電池廠商能做到較高的生產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超過300Wh/kg，如果量產將同時擁有很低的生產成本，較少的數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年國內市場為例，中國汽車動力電池產業(yè)創(chuàng)新聯(lián)盟數據顯示，國內全年動力電池裝車量為294.6GWh，其中方形電池占據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，還容易出現技術侵權和專利糾紛。據了解，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，但不可否認的是，它成為了改變動力電池產業(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
作者：張麟 ，如若轉載，請注明出處：http://kqcgw.com/wenshuo/sc/2023112843101.html
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