導讀：新年伊始，動力電池行業迎來了第一波熱潮——大圓柱電池。無論是整車還是電池領域，進入2023年，多家企業都在布局大圓柱電池。大圓柱電池在加速到來？國產廠商快馬加鞭，大圓柱風潮為何刮起？放量元年到來還需跨越哪些挑戰？
眾多企業發布了有關大圓柱電池的新消息：
1月28日，比克電池宣布在常州投資130億元建設大圓柱電池項目，這也是常州首個大圓柱電池項目。
同樣是1月28日消息，據TheElec報道，通用汽車正在考慮在其電動汽車中使用圓柱形電池而非軟包電池。其未來的新電動汽車平臺上將支持使用類似4680規格的大圓柱電池，但具體規格尚未有新消息流出。這一選擇導致與LG新能源就兩家合資企業Ultium Cells計劃建設第四家工廠的談判被推遲。
1月24日，特斯拉表示擴建內華達州超級工廠，新建兩個工廠，其中一個為4680電池工廠，規劃年產能100GWh，適配150萬輛輕型車。
1月18日，億緯鋰能發公告稱擬與曲靖市政府、曲靖經開區管委會簽訂投資協議，投資建設“年產23GWh圓柱磷酸鐵鋰儲能動力電池項目”，項目總投資約55億元，固定資產投資約45億元。2月1日，該項目宣布正式啟動，將建設高性能鋰離子電池生產線6條，預計2023年11月建成投產。
更早之前，寶馬集團曾于去年宣布將從2025年起將率先在Neue Klasse新世代電動專屬平臺中使用圓柱電池，并在今年1月的CES展上展出了其第六代“Gen6”圓柱電池。
無論是整車還是電池領域，進入2023年，多家企業都在布局大圓柱電池。大圓柱電池在加速到來？
一、特斯拉加碼大圓柱電池
由特斯拉帶火的大圓柱電池毫無疑問站在了新的風口。
日前，在特斯拉2022四季度財報電話會議上，特斯拉CEO埃隆·馬斯克指出，4680電池在去年年底達到了每周1000輛車的生產速度，目前正計劃將4680電池的產能再增加1億千瓦時。
“我們的長期目標，是讓內部生產的電池遠遠超過10億千瓦時，并繼續使用其他電池供應商。同時使用供應商和內部生產的電池，可以讓特斯拉更快地擴展規模。”馬斯克說。
目前，特斯拉得州超級工廠布局了四條4680電池生產線，一條已經投產，其余三條處于調試和安裝階段。在去年年底，特斯拉在加州的試點工廠實現了一周生產86.8萬個4680電池電芯的重大突破，單周產量可以供應約1000輛特斯拉Model Y。
“而且我們有一個很棒的計劃，讓4680電池的成本變得很低，而能量密度很高。”馬斯克在電話會議上說。
據特斯拉以往的相關介紹，其大圓柱電池能量密度提高5倍，功率提高6倍，可使車輛續駛里程增加16％。因而隨著特斯拉加碼4680電池的消息發布，相關概念股大幅走高。1月30日，芳源股份、東方電熱、聯贏激光、寧波精達、斯萊克、億緯鋰能、當升科技、容百科技等紛紛大幅走高。
二、國產廠商快馬加鞭
特斯拉、松下、LG新能源等外資動力電池廠商之外，比克電池、億緯鋰能等國內動力電池企業在大圓柱電池上也在快馬加鞭。
“國內億緯鋰能、比克電池、寧德時代等廠商的大圓柱電池已在量產前夜，億緯鋰能預計將是國內最早進入4680量產的廠商，2022年第四季度其4680產線已建成試產，預計今年下半年量產出貨。此外，包括國軒高科、蜂巢能源、力神電池等國內其它電池企業也已布局大圓柱電池。”TrendForce集邦咨詢分析師曾佑鵬對記者說。
兩個月前，億緯鋰能發布了其第一代大圓柱鈉離子電池產品，電芯內徑為40mm，高度135mm，正極采用了層狀氧化物材料，負極采用硬碳，能量密度為135Wh/kg，循環次數達到2500次。同時公司表示其46系列大圓柱鋰電池將在湖北荊門實現量產。
1月28日，比克電池生產基地落地常州，項目總投資130億元，將建設大圓柱電池產線及國際化研發中心，基地建成后總產能為30GWh。一期建設10GWh產能，共建3條大圓柱電池產線及國際化研發中心。
深圳比克動力電池有限公司副總裁樊文光對記者介紹，比克大圓柱目前主要有46系、3x系和26系等系列，電芯高度覆蓋70mm到160mm。比克46系電芯去年開始陸續有樣品批量交付，比克26系則以26105鋁殼電芯為主，目前處于B樣階段，應用于整車可達700公里以上續航，快充12分鐘以內可達500公里續航，預計將于2024年量產，屆時能量密度將達290Wh/kg。
“比克在戰略性探索大尺寸圓柱的同時布局了全極耳技術。比克全極耳技術通過對結構件的優化設計，及生產設備和工裝夾具的配合，實現了比傳統圓柱電芯還要高效的工藝解決方案。經測試，采用全極耳的電芯，比同體系傳統單極耳電芯的內阻降低了70%以上。這意味著極高的功率輸入（充電）及輸出（放電），受到了國際客戶的廣泛認可。”樊文光說，“比克全極耳大圓柱電池同時突破了能量密度（續航）和快充兩大核心性能局限。一方面，憑借圓柱結構，通過搭載高鎳正極、硅負極、摻硅補鋰等技術，能量密度可大大提升，為整車提供800公里以上的續航里程。另一方面，大圓柱電池能夠在保障安全和足夠的續航里程的基礎上，進一步提升快充性能，助力電動車使用體驗媲美燃油車。”
中國化學與物理電源行業協會動力電池應用分會秘書長張雨對記者表示，圓柱電池對Pack和BMS管理要求較高，此前國內企業主要從成組優勢上選擇方形電池較多，但近些年來隨著技術的快速發展，我國動力電池企業也在圓柱電池上有了很多儲備。
三、大圓柱風潮為何刮起？
整車企業方面，寶馬、Rimac、蔚來、江淮等車企均在大力布局46系大圓柱，其中寶馬在2022年9-10月分別與億緯鋰能、寧德時代、遠景動力達成46系大圓柱電池供貨協議，總規規模超110GWh。
曾佑鵬表示，車型選擇電池方案，主要是基于成本、安全、性能（續航、快充等）等要素的綜合考慮。大圓柱電池之所以受到青睞，首先是在成本方面，4680大圓柱電池較21700成本下降7%-8%，未來1~2年內通過PPM的提升和良率改善，以及大規模量產制造，成本有望進一步下降10%-20%；在安全性方面，相比方形和軟包，大圓柱電池單顆電芯失效時為軸向爆破，降低了對相鄰電芯的影響，因此在單電芯失效時的故障降級能力具備優勢；在性能方面，大圓柱更適配高鎳+硅基負極的高能量密度方案，快充和續航都能得到提升。此外，在量產制造方面，近期特斯拉宣布4680大型圓柱電池的量產已取得了重大突破，良率的極大改善有望極大地提振更多車企選擇大圓柱方案的信心。
“大圓柱可以被叫做‘六邊形選手’，它各方面的性能是最均衡的，比克認為，在未來，2025年到2035年左右，大圓柱電池會在中高端市場上占據絕對的統領地位。”樊文光說。
他進一步從產品性能、產業化難易程度上解釋了大圓柱電池的優勢：
從產品性能上看，樊文光認為，圓柱電芯在目前幾種主流形態中安全性最高，高安全上限使得它可以支持更高能量密度的化學體系。同時，圓柱電芯單體體積小，便于熱管理，可以靈活利用異形空間，高度標準化的形態利于平臺化及迭代。
從產業化難易程度上看，樊文光指出，圓柱電池發展的歷史最長，標準化程度高，在業內實現了較為統一的標準。同時，圓柱電芯生產的自動化水平也要比其他幾種電池要高，這就保證了圓柱電池生產的高效率、單體的一致性，另外也降低了生產成本及研發成本。
“（選擇圓柱電池）最終的目的是降本。在電池的三種形態中，圓柱電池先天性生產良率最高，損耗最低。以特斯拉為例，特斯拉將電池行業早期研發的一些技術從規劃化生產的角度應用起來，比如無極耳可以提高生產連續性，生產節拍快，單線的制造能力提升很快。從車企角度來說，大圓柱對降本是很明顯的，成組也更為簡單，比原來減少一半的電芯數量，復雜性降低，生產效率提升。”張雨表示，目前大圓柱電池的技術路線多元化發展，處于小批量上車觀察的階段；在綜合平衡性能與成本后，大圓柱電池有望大批量上車應用。
四、放量元年到來 還需跨越哪些挑戰？
中金公司研報指出，4680電池良率有望持續提升，國內外各廠商迅速布局，2023年有望成為4680電池放量元年。
曾佑鵬判斷，4680大圓柱電池將最早規模化應用在特斯拉車型上，預計2023年特斯拉46系車型大圓柱電池開始上量（約20-30GWh），結合億緯鋰能、寧德時代、三星SDI、松下等廠商4680產線的量產進展，預計2024年左右有望迎來大圓柱電池超過100GWh的規模化應用。
樊文光指出，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+硅大圓柱電池的路線。若保守預測2025年新能源車將突破2000萬輛，則對應的動力電池需求將超過1600GWh。其中，大圓柱電芯至少占30%以上的份額，也就是約480GWh，整體市場前景十分可觀。
他同時認為，大圓柱電池規模化拐點的到來，需要行業達成共識，全產業鏈共同發力，使大圓柱電池真正實現加速電動取代燃油進程的歷史使命。
“46系列大圓柱電池還屬于新開發的電池，接下來還需要在工藝等方面進一步提升。”張雨說。
樊文光則表示，大圓柱電池還需跨越四個層面的挑戰。
第一是工藝，大圓柱電池工藝雖然更加簡潔高效，但實際上幾乎對每道工序都提出了更高的技術要求。“完美的焊好幾百幾千電芯不算什么挑戰，難的是成百上千萬甚至上億支電芯，幾十億次的焊接，都要保證在一個很小的范圍內波動，才能使電芯一致性和可靠性達到要求。”他說。
第二是原材料。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，這些因素需要從電極的配方原材料開始考慮。如何改善正負極材料本身的加工性，以及提高箔材和隔膜的抗拉性等，都對上游材料供應商提出新的挑戰。
第三，“雙碳”目標下，低碳甚至零碳的工廠已逐漸成為標配。這要求企業使用回收材料，提高生產效率，使用清潔能源等。值得一提的是，圓柱電芯的高度標準化以及形態的對稱性，使得無論是梯次利用或電池回收都更具優勢。
“目前大圓柱電池規模化應用的挑戰，一方面來自制造方面，如良率的快速提升和降本的速度，另一方面則來自消費端，也就是中高端車型電動化率的進一步提升。”曾佑鵬補充道，“4680大圓柱電池主要應用于中高端乘用車型，而目前25萬及以上的中高端車型電動化滲透率已接近40%，較高的滲透率水平下，進一步提升市場滲透率面臨的挑戰更大”。
來源：中國汽車報 作者：趙玲玲
