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在動(dòng)力電池的封裝形式上，方形和軟包電池一直處于主流地位，而圓柱電池鮮少被廣大車(chē)企采納。時(shí)間來(lái)到2023年，這一現(xiàn)狀或?qū)⒂瓉?lái)變局。
1月28日，有報(bào)道稱(chēng)，全球汽車(chē)巨頭之通用汽車(chē)，正在考慮在將其電動(dòng)車(chē)型中所使用的軟包電池轉(zhuǎn)向圓柱形電池，后者很可能會(huì)選擇類(lèi)似特斯拉4680規(guī)格的電芯。
在此之前，寶馬集團(tuán)也曾宣布，從2025年開(kāi)始在其“新級(jí)別”電動(dòng)汽車(chē)中使用大圓形電池，并將在中國(guó)和海外兩座電池廠生產(chǎn)加工產(chǎn)品，年產(chǎn)能高達(dá)40GWh。
另外，保時(shí)捷、沃爾沃、Stellantis、江淮等國(guó)內(nèi)外車(chē)企也相繼釋放出計(jì)劃應(yīng)用大圓柱電池的信號(hào)。
圓柱電池的“巨大的突破”
為何有越來(lái)越多車(chē)企將目光轉(zhuǎn)向圓柱形電池？一切還要從特斯拉的4680大圓柱電池說(shuō)起。
在動(dòng)力電池封裝形式的采用上，特斯拉是為數(shù)不多大規(guī)模使用圓柱型動(dòng)力電池的車(chē)企，從最早期Model S上使用的1865電池，到目前Model 3和Model Y上使用的2170電池。在造車(chē)路上，特斯拉對(duì)于核心部件大多選擇自研，其中包括動(dòng)力電池。
特斯拉4680電池；圖片來(lái)源：特斯拉
2020年9月，4680大圓柱電池首次于特斯拉“電池日”上現(xiàn)身，便被埃隆·馬斯克稱(chēng)之為電池技術(shù)上的“巨大的突破”。從命名上來(lái)看，4680是一款直徑為46mm、高度為80mm的大圓柱型電池。特斯拉表示，相比2170電池，4680電池的單體能量提高了5倍，可使車(chē)輛行駛里程提高16%。未來(lái)，隨著電池材料和汽車(chē)設(shè)計(jì)的改進(jìn)，將使續(xù)航里程凈增加56%，生產(chǎn)成本下降54%。
以特斯拉暢銷(xiāo)車(chē)型Model 3為例，若使用2170電芯，裝滿(mǎn)整個(gè)電池組需要約4400枚，電池容量在78.3kWh左右。若采用4680電芯，則僅需950余枚即可裝滿(mǎn)整個(gè)電池組，對(duì)應(yīng)的總?cè)萘靠梢赃_(dá)到130kWh，提升75%。
由此可見(jiàn)，采用單體體積更大的4680電芯，可以減少封裝材料數(shù)量，降低包裝電芯外殼成本，重量也會(huì)隨之降低。另外，大體積電芯帶來(lái)的另一個(gè)好處是，電芯之間空隙變大，更容易布置散熱裝置。
正是基于大圓柱更好的散熱性能，特斯拉4680電池采用高鎳正極+硅碳負(fù)極材料，以及無(wú)極耳技術(shù)，大大降低了高鎳電池?zé)崾Э氐娘L(fēng)險(xiǎn)，還將能量密度提升到了300kWh/kg。
天風(fēng)證券分析指出，大圓柱電池優(yōu)勢(shì)是應(yīng)對(duì)熱失控能力強(qiáng)，劣勢(shì)是成組效率低，和高鎳三元結(jié)合正好揚(yáng)長(zhǎng)避短，高鎳三元的優(yōu)勢(shì)是高能量密度，劣勢(shì)是熱穩(wěn)定性差，4680搭配高鎳三元可充分發(fā)揮二者能量密度高和安全性好的優(yōu)勢(shì)。
行業(yè)周知，在汽車(chē)電動(dòng)化的發(fā)展進(jìn)程中，動(dòng)力電池的重要性不言而喻，其續(xù)航里程、成本一直是制約純電動(dòng)汽車(chē)快速實(shí)現(xiàn)市場(chǎng)全面滲透的重要因素。且自2021年以來(lái)，動(dòng)力電池原材料遭遇多次漲價(jià)，讓車(chē)企增效降本的需求愈發(fā)強(qiáng)烈，在性能、成本、安全方面更具優(yōu)勢(shì)的4680大圓柱電池能夠快速出圈不足為奇。
大圓柱電池優(yōu)勢(shì)明顯，但也并非沒(méi)有缺點(diǎn)。
據(jù)了解，采用無(wú)極耳技術(shù)的4680電池在生產(chǎn)工藝上面臨著諸多挑戰(zhàn)，特別表現(xiàn)在分切、注液、揉平和激光焊接等環(huán)節(jié)。其中，在激光焊環(huán)節(jié)——從傳統(tǒng)兩個(gè)極耳的點(diǎn)焊到全極耳面焊，焊接工序和焊接量都變多，激光強(qiáng)度和焦距不容易控制，易焊穿燒到電池內(nèi)部或者無(wú)法焊全。而這些問(wèn)題直接影響著4680電池良品率的提升。
2021年7月，馬斯克還坦言4680電池遭遇量產(chǎn)瓶頸。經(jīng)過(guò)持續(xù)不斷地改進(jìn)，在2022年第三季度的電話會(huì)議上，特斯拉CEO馬斯克表示：“公司終于在4680電池上獲得了快速發(fā)展。”據(jù)悉，2022年上半年，特斯拉加州工廠生產(chǎn)的小批量4680電芯良品率已達(dá)92%。目前，在美國(guó)得州的奧斯汀超級(jí)工廠，特斯拉4680電池周產(chǎn)量已足夠滿(mǎn)足1000多個(gè)電池組的制造。
全球掀起4680電池?zé)岢?/h2>
在特斯拉的帶動(dòng)下，近年來(lái)，全球電動(dòng)汽車(chē)行業(yè)幾乎掀起了4680電池?zé)岢薄?/p>
如文章開(kāi)篇所述，不但有越來(lái)越多的車(chē)企從方形、軟包電池路線，轉(zhuǎn)為跟蹤圓柱電池技術(shù)路線，同時(shí)也有越來(lái)越多的動(dòng)力電池企業(yè)開(kāi)始加大對(duì)大圓柱電池的推廣和布局。
根據(jù)蓋世汽車(chē)研究院整理分析，特斯拉與松下是市場(chǎng)推出4680電池進(jìn)展較快的兩家企業(yè)，另有LG新能源、寧德時(shí)代、億緯鋰能、比克電池、遠(yuǎn)景動(dòng)力、蜂巢能源等電池企業(yè)都在積極跟進(jìn)包括4680在內(nèi)的大圓柱電池。
圖片來(lái)源：蓋世汽車(chē)研究院
作為特斯拉的電池供應(yīng)商，松下早在2021年11月便透露4680大圓柱電池已接近量產(chǎn)，新4680產(chǎn)線正在建設(shè)，預(yù)計(jì)2022年投入生產(chǎn)。
2022年6月，LG新能源表示將投資5820億韓元（約合30億元人民幣）在韓國(guó)歐昌工廠新建基礎(chǔ)設(shè)施用于生產(chǎn)4680電池，新生產(chǎn)線的產(chǎn)能為9GWh，預(yù)計(jì)將在2023年下半年投產(chǎn)。
同年8月，三星SDI中國(guó)區(qū)負(fù)責(zé)人崔勛在世界新能源汽車(chē)大會(huì)上宣布，三星確定在研發(fā)46系列電池，包括4680、4695和46120三種類(lèi)型電池。根據(jù)規(guī)劃，三星 SDI 將在馬來(lái)西亞工廠批量生產(chǎn)4680電池，規(guī)劃產(chǎn)能為8-12 GWh。
國(guó)內(nèi)動(dòng)力電池企業(yè)寧德時(shí)代已規(guī)劃8條產(chǎn)線12GWh的4680大圓柱電池產(chǎn)能，并2022年9月宣布將于中國(guó)和歐洲各建20GWh產(chǎn)能，預(yù)計(jì)2024年開(kāi)始量產(chǎn)并于2025年正式交付。
億緯鋰能則在2022年12月發(fā)布了新一代4695大圓柱電池，能量密度達(dá)到350Wh/kg，能夠?qū)崿F(xiàn)9min超快充及500-1000km續(xù)航，制造成本降低50%。據(jù)悉，該公司46系列大圓柱電池項(xiàng)目正按計(jì)劃有序推進(jìn)。根據(jù)規(guī)劃，億緯鋰能2025年大圓柱電池總產(chǎn)能將超過(guò)100GWh。
前文提到，寶馬集團(tuán)將從2025年起在“新世代”車(chē)型中使用圓柱電芯，其尋找的圓柱電池供應(yīng)商就是寧德時(shí)代和億緯鋰能。據(jù)悉，寶馬已向這兩家合作伙伴授予了價(jià)值超過(guò)百億歐元（約737億元人民幣）的電芯生產(chǎn)需求合同。
此外，寶馬集團(tuán)還宣布同遠(yuǎn)景動(dòng)力達(dá)成長(zhǎng)期合作，后者將從2026年起為其新一代車(chē)型提供圓柱電池。為此，遠(yuǎn)景動(dòng)力將在美國(guó)南卡羅萊納州新建一座零碳電池工廠為寶馬提供產(chǎn)品，規(guī)劃產(chǎn)能30GWh，計(jì)劃將于2026年投產(chǎn)。
蜂巢能源曾在2021年上海車(chē)展上展出過(guò)一款23Ah的4680電池，NCM正極，規(guī)劃能量密度235Wh/kg，循環(huán)壽命高于1200次，用于純電動(dòng)汽車(chē)，不過(guò)量產(chǎn)時(shí)間未知。
值得一提的是，就在日前（1月28日），深圳市比克動(dòng)力電池有限公司宣布與江蘇省常州市簽訂戰(zhàn)略合作協(xié)議，比克動(dòng)力將斥資130億元在常州建設(shè)其大圓柱電池產(chǎn)線，建成后產(chǎn)能將達(dá)到30GWh。
作為國(guó)內(nèi)最早一批生產(chǎn)圓柱電池的企業(yè)之一，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。據(jù)了解，在市場(chǎng)關(guān)注度最高的46系列，比克在2021年開(kāi)始陸續(xù)有樣品批量交付，性能表現(xiàn)符合預(yù)期，依據(jù)8-15分鐘的不同快充能力，目前電芯能量密度在280Wh/kg至330Wh/kg之間。
4680迎來(lái)規(guī)模化市場(chǎng)應(yīng)用拐點(diǎn)
綜合國(guó)內(nèi)外電池廠商的布局以及車(chē)企的應(yīng)用需求，蓋世汽車(chē)研究院分析指出， 4680大圓柱電池預(yù)計(jì)將在2023年迎來(lái)規(guī)?；袌?chǎng)應(yīng)用拐點(diǎn)。
且值得關(guān)注的是，在大圓柱電池量產(chǎn)取得階段性進(jìn)展后，近期，特斯拉還宣布將持續(xù)加大對(duì)4680大圓柱電池的投入。
據(jù)悉，特斯拉將投資超過(guò)36億美元擴(kuò)建內(nèi)華達(dá)州的超級(jí)工廠，并將新建兩座工廠，其中一座即為4680電池工廠。新電池工廠規(guī)劃年產(chǎn)能達(dá)100GWh，將適配150萬(wàn)輛輕型車(chē)。
對(duì)此，有分析人士指出，特斯拉此舉背后，一方面是希望通過(guò)4680電池實(shí)現(xiàn)增效降本，并搭載在全系列電動(dòng)汽車(chē)中；另一方面則是計(jì)劃將4680電池應(yīng)用拓展至儲(chǔ)能領(lǐng)域（2022年特斯拉總裝機(jī)量6.5千兆瓦時(shí)，同比增長(zhǎng)64%）。更有分析人士認(rèn)為，特斯拉更深層的目的，在于引領(lǐng)大圓柱電池浪潮，制定標(biāo)準(zhǔn)后，促使其余電池廠商選擇站隊(duì)。
不管是何種原因，一個(gè)可以確認(rèn)的趨勢(shì)是：屬于大圓柱電池的時(shí)代正在加速到來(lái)。
銀河證券發(fā)布研究報(bào)告稱(chēng)，后補(bǔ)貼時(shí)代，性?xún)r(jià)比為王，4680大圓柱電池應(yīng)運(yùn)而生，通過(guò)電芯設(shè)計(jì)、電芯工廠、正負(fù)極材料以及整車(chē)電池一體化這五個(gè)方面，4680電池整體成本可以下降56%。
未來(lái)，大圓柱將替代部分軟包和方形的市場(chǎng)份額。除Model3，特斯拉全部車(chē)型都計(jì)劃采用或部分采用4680電池。預(yù)計(jì)2025年，特斯拉4680車(chē)型銷(xiāo)量有望達(dá)到121萬(wàn)輛，對(duì)應(yīng)電池裝機(jī)量約178GWh。疊加寶馬等企業(yè)，保守預(yù)測(cè)2025年4680電池裝機(jī)量將超過(guò)200GWh。
