新年伊始，动力电池行业迎来了第一波热潮——大圆柱电池。

 

       众多企业发布了有关大圆柱电池的新消息：

 

       1月28日，比克电池宣布在常州投资130亿元建设大圆柱电池项目，这也是常州首个大圆柱电池项目。

 

       同样是1月28日消息，据TheElec报道，通用汽车正在考虑在其电动汽车中使用圆柱形电池而非软包电池。其未来的新电动汽车平台上将支持使用类似4680规格的大圆柱电池，但具体规格尚未有新消息流出。这一选择导致与LG新能源就两家合资企业Ultium Cells计划建设第四家工厂的谈判被推迟。

 

       1月24日，特斯拉表示扩建内华达州超级工厂，新建两个工厂，其中一个为4680电池工厂，规划年产能100GWh，适配150万辆轻型车。

 

       1月18日，亿纬锂能发公告称拟与曲靖市政府、曲靖经开区管委会签订投资协议，投资建设“年产23GWh圆柱磷酸铁锂储能动力电池项目”，项目总投资约55亿元，固定资产投资约45亿元。2月1日，该项目宣布正式启动，将建设高性能锂离子电池生产线6条，预计2023年11月建成投产。

 

       更早之前，宝马集团曾于去年宣布将从2025年起将率先在Neue Klasse新世代电动专属平台中使用圆柱电池，并在今年1月的CES展上展出了其第六代“Gen6”圆柱电池。

 

       无论是整车还是电池领域，进入2023年，多家企业都在布局大圆柱电池。大圆柱电池在加速到来？

 

特斯拉加码大圆柱电池

 

       由特斯拉带火的大圆柱电池毫无疑问站在了新的风口。

 

       日前，在特斯拉2022四季度财报电话会议上，特斯拉CEO埃隆·马斯克指出，4680电池在去年年底达到了每周1000辆车的生产速度，目前正计划将4680电池的产能再增加1亿千瓦时。

 

      “我们的长期目标，是让内部生产的电池远远超过10亿千瓦时，并继续使用其他电池供应商。同时使用供应商和内部生产的电池，可以让特斯拉更快地扩展规模。”马斯克说。

 

       目前，特斯拉得州超级工厂布局了四条4680电池生产线，一条已经投产，其余三条处于调试和安装阶段。在去年年底，特斯拉在加州的试点工厂实现了一周生产86.8万个4680电池电芯的重大突破，单周产量可以供应约1000辆特斯拉Model Y。

 

       “而且我们有一个很棒的计划，让4680电池的成本变得很低，而能量密度很高。”马斯克在电话会议上说。

 

       据特斯拉以往的相关介绍，其大圆柱电池能量密度提高5倍，功率提高6倍，可使车辆续驶里程增加16％。因而随着特斯拉加码4680电池的消息发布，相关概念股大幅走高。1月30日，芳源股份、东方电热、联赢激光、宁波精达、斯莱克、亿纬锂能、当升科技、容百科技等纷纷大幅走高。

 

国产厂商快马加鞭

 

       特斯拉、松下、LG新能源等外资动力电池厂商之外，比克电池、亿纬锂能等国内动力电池企业在大圆柱电池上也在快马加鞭。

 

       “国内亿纬锂能、比克电池、宁德时代等厂商的大圆柱电池已在量产前夜，亿纬锂能预计将是国内最早进入4680量产的厂商，2022年第四季度其4680产线已建成试产，预计今年下半年量产出货。此外，包括国轩高科、蜂巢能源、力神电池等国内其它电池企业也已布局大圆柱电池。”TrendForce集邦咨询分析师曾佑鹏对记者说。

 

       两个月前，亿纬锂能发布了其第一代大圆柱钠离子电池产品，电芯内径为40mm，高度135mm，正极采用了层状氧化物材料，负极采用硬碳，能量密度为135Wh/kg，循环次数达到2500次。同时公司表示其46系列大圆柱锂电池将在湖北荆门实现量产。

 

       1月28日，比克电池生产基地落地常州，项目总投资130亿元，将建设大圆柱电池产线及国际化研发中心，基地建成后总产能为30GWh。一期建设10GWh产能，共建3条大圆柱电池产线及国际化研发中心。

 

       深圳比克动力电池有限公司副总裁樊文光对记者介绍，比克大圆柱目前主要有46系、3x系和26系等系列，电芯高度覆盖70mm到160mm。比克46系电芯去年开始陆续有样品批量交付，比克26系则以26105铝壳电芯为主，目前处于B样阶段，应用于整车可达700公里以上续航，快充12分钟以内可达500公里续航，预计将于2024年量产，届时能量密度将达290Wh/kg。

 

      “比克在战略性探索大尺寸圆柱的同时布局了全极耳技术。比克全极耳技术通过对结构件的优化设计，及生产设备和工装夹具的配合，实现了比传统圆柱电芯还要高效的工艺解决方案。经测试，采用全极耳的电芯，比同体系传统单极耳电芯的内阻降低了70%以上。这意味着极高的功率输入（充电）及输出（放电），受到了国际客户的广泛认可。”樊文光说，“比克全极耳大圆柱电池同时突破了能量密度（续航）和快充两大核心性能局限。一方面，凭借圆柱结构，通过搭载高镍正极、硅负极、掺硅补锂等技术，能量密度可大大提升，为整车提供800公里以上的续航里程。另一方面，大圆柱电池能够在保障安全和足够的续航里程的基础上，进一步提升快充性能，助力电动车使用体验媲美燃油车。”

 

       中国化学与物理电源行业协会动力电池应用分会秘书长张雨对记者表示，圆柱电池对Pack和BMS管理要求较高，此前国内企业主要从成组优势上选择方形电池较多，但近些年来随着技术的快速发展，我国动力电池企业也在圆柱电池上有了很多储备。

 

大圆柱风潮为何刮起？

 

        整车企业方面，宝马、Rimac、蔚来、江淮等车企均在大力布局46系大圆柱，其中宝马在2022年9-10月分别与亿纬锂能、宁德时代、远景动力达成46系大圆柱电池供货协议，总规规模超110GWh。

 

        曾佑鹏表示，车型选择电池方案，主要是基于成本、安全、性能（续航、快充等）等要素的综合考虑。大圆柱电池之所以受到青睐，首先是在成本方面，4680大圆柱电池较21700成本下降7%-8%，未来1~2年内通过PPM的提升和良率改善，以及大规模量产制造，成本有望进一步下降10%-20%；在安全性方面，相比方形和软包，大圆柱电池单颗电芯失效时为轴向爆破，降低了对相邻电芯的影响，因此在单电芯失效时的故障降级能力具备优势；在性能方面，大圆柱更适配高镍+硅基负极的高能量密度方案，快充和续航都能得到提升。此外，在量产制造方面，近期特斯拉宣布4680大型圆柱电池的量产已取得了重大突破，良率的极大改善有望极大地提振更多车企选择大圆柱方案的信心。

 

      “大圆柱可以被叫做‘六边形选手’，它各方面的性能是最均衡的，比克认为，在未来，2025年到2035年左右，大圆柱电池会在中高端市场上占据绝对的统领地位。”樊文光说。

 

       他进一步从产品性能、产业化难易程度上解释了大圆柱电池的优势：

 

       从产品性能上看，樊文光认为，圆柱电芯在目前几种主流形态中安全性最高，高安全上限使得它可以支持更高能量密度的化学体系。同时，圆柱电芯单体体积小，便于热管理，可以灵活利用异形空间，高度标准化的形态利于平台化及迭代。

 

       从产业化难易程度上看，樊文光指出，圆柱电池发展的历史最长，标准化程度高，在业内实现了较为统一的标准。同时，圆柱电芯生产的自动化水平也要比其他几种电池要高，这就保证了圆柱电池生产的高效率、单体的一致性，另外也降低了生产成本及研发成本。

 

      “（选择圆柱电池）最终的目的是降本。在电池的三种形态中，圆柱电池先天性生产良率最高，损耗最低。以特斯拉为例，特斯拉将电池行业早期研发的一些技术从规划化生产的角度应用起来，比如无极耳可以提高生产连续性，生产节拍快，单线的制造能力提升很快。从车企角度来说，大圆柱对降本是很明显的，成组也更为简单，比原来减少一半的电芯数量，复杂性降低，生产效率提升。”张雨表示，目前大圆柱电池的技术路线多元化发展，处于小批量上车观察的阶段；在综合平衡性能与成本后，大圆柱电池有望大批量上车应用。

 

放量元年到来 还需跨越哪些挑战？

 

       中金公司研报指出，4680电池良率有望持续提升，国内外各厂商迅速布局，2023年有望成为4680电池放量元年。

 

       曾佑鹏判断，4680大圆柱电池将最早规模化应用在特斯拉车型上，预计2023年特斯拉46系车型大圆柱电池开始上量（约20-30GWh），结合亿纬锂能、宁德时代、三星SDI、松下等厂商4680产线的量产进展，预计2024年左右有望迎来大圆柱电池超过100GWh的规模化应用。

 

       樊文光指出，目前很多大型新能源车企，在未来5-10年，敲定了经济型采用方壳/刀片磷酸铁锂电池，中高端采用三元+硅大圆柱电池的路线。若保守预测2025年新能源车将突破2000万辆，则对应的动力电池需求将超过1600GWh。其中，大圆柱电芯至少占30%以上的份额，也就是约480GWh，整体市场前景十分可观。

 

       他同时认为，大圆柱电池规模化拐点的到来，需要行业达成共识，全产业链共同发力，使大圆柱电池真正实现加速电动取代燃油进程的历史使命。

 

      “46系列大圆柱电池还属于新开发的电池，接下来还需要在工艺等方面进一步提升。”张雨说。

 

       樊文光则表示，大圆柱电池还需跨越四个层面的挑战。

 

       第一是工艺，大圆柱电池工艺虽然更加简洁高效，但实际上几乎对每道工序都提出了更高的技术要求。“完美的焊好几百几千电芯不算什么挑战，难的是成百上千万甚至上亿支电芯，几十亿次的焊接，都要保证在一个很小的范围内波动，才能使电芯一致性和可靠性达到要求。”他说。

 

       第二是原材料。圆柱电芯的尺寸越大，意味要卷绕更多圈的极片，而且要保证每圈极片都要平行而且对齐，这些因素需要从电极的配方原材料开始考虑。如何改善正负极材料本身的加工性，以及提高箔材和隔膜的抗拉性等，都对上游材料供应商提出新的挑战。

 

       第三，“双碳”目标下，低碳甚至零碳的工厂已逐渐成为标配。这要求企业使用回收材料，提高生产效率，使用清洁能源等。值得一提的是，圆柱电芯的高度标准化以及形态的对称性，使得无论是梯次利用或电池回收都更具优势。

 

      “目前大圆柱电池规模化应用的挑战，一方面来自制造方面，如良率的快速提升和降本的速度，另一方面则来自消费端，也就是中高端车型电动化率的进一步提升。”曾佑鹏补充道，“4680大圆柱电池主要应用于中高端乘用车型，而目前25万及以上的中高端车型电动化渗透率已接近40%，较高的渗透率水平下，进一步提升市场渗透率面临的挑战更大”。