大圓柱電池從甘露寺回來(lái)了

發(fā)布日期:2023-11-24  來(lái)源:鈦媒體APP

核心提示:新能源車(chē)企對(duì)動(dòng)力電池有什么要求?為多家車(chē)企提供動(dòng)力電池的寧德時(shí)代,對(duì)動(dòng)力電池性能的考核有6個(gè)要素:能量密度、安全性、成本
新能源車(chē)企對(duì)動(dòng)力電池有什么要求?

為多家車(chē)企提供動(dòng)力電池的寧德時(shí)代,對(duì)動(dòng)力電池性能的考核有6個(gè)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(yán)博士的話則更加直白,車(chē)企的要求就是“既要又要還要再要”。

由于動(dòng)力電池占整車(chē)成本近40%,車(chē)企與動(dòng)力電池廠商之間博弈從未停息。車(chē)企會(huì)吐槽動(dòng)力電池價(jià)格高,賣(mài)車(chē)是“給動(dòng)力電池廠商打工”;動(dòng)力電池廠商則會(huì)埋怨車(chē)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(lái)劃分,鋰電池可以分為方形、圓柱、軟包三種形態(tài),從技術(shù)角度看,三種形態(tài)的電池各有特點(diǎn)。在寧德時(shí)代、比亞迪等頭部動(dòng)力電池廠商帶動(dòng)下,方形電池一直占據(jù)絕對(duì)主導(dǎo)地位。

行業(yè)里不是沒(méi)有“破局者”。2020年9月,特斯拉CEO馬斯克宣布:“我們將生產(chǎn)一種更為先進(jìn)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(dòng)汽車(chē)?yán)m(xù)航里程提高 16%。”

簡(jiǎn)單來(lái)說(shuō)就是,大圓柱電池可以滿足車(chē)企“既要又要還要再要”的要求。

大圓柱電池一時(shí)間風(fēng)光無(wú)比,但是事情進(jìn)展并沒(méi)有那么順利,大圓柱電池生產(chǎn)工藝復(fù)雜影響了量產(chǎn),目前特斯拉依然從寧德時(shí)代源源不斷地采購(gòu)電池。今年馬斯克到訪中國(guó),見(jiàn)的唯一一位中國(guó)企業(yè)家就是寧德時(shí)代董事長(zhǎng)曾毓群。

不過(guò),一度被認(rèn)為“涼了”的大圓柱電池在今年又“熱了”起來(lái),如同甄嬛從甘露寺回到了紫禁城。

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(chǎng)暫未形成一家獨(dú)大的局面。

寧德時(shí)代還是更青睞方形的“麒麟電池”,其官方表示,在相同的化學(xué)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(jué)得與寧德時(shí)代在方形電池領(lǐng)域的強(qiáng)勢(shì)不同,業(yè)內(nèi)部分評(píng)論人士形容大圓柱電池領(lǐng)域是“寧王的盲區(qū)”。

但是根據(jù)寧德時(shí)代官網(wǎng)發(fā)布的信息,從2025年開(kāi)始,寧德時(shí)代將為寶馬集團(tuán)“新世代”車(chē)型架構(gòu)的純電車(chē)型供應(yīng)圓柱電池。協(xié)議顯示,寧德時(shí)代將為寶馬供應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)直徑為46毫米的新型圓柱電池,這些產(chǎn)品將在位于中國(guó)和歐洲的兩座電池工廠生產(chǎn),每座工廠供應(yīng)寶馬的年產(chǎn)能20GWh。

“寧王的盲區(qū)”的說(shuō)法雖然并不準(zhǔn)確,但對(duì)相比方形電池領(lǐng)域來(lái)說(shuō),“寧王”在大圓柱電池領(lǐng)域并不占優(yōu)勢(shì)地位,這對(duì)其他動(dòng)力電池廠商還是意味著機(jī)會(huì)。

此前國(guó)內(nèi)已有部分動(dòng)力電池廠商研發(fā)大圓柱電池,但是今年,一位重量級(jí)選手公開(kāi)入局了。

7月18日,“比亞迪采購(gòu)與供應(yīng)管理”公眾號(hào)發(fā)布“比亞迪集團(tuán)擬對(duì)2023年大圓柱電池全自動(dòng)烘烤線設(shè)備實(shí)行供應(yīng)商公開(kāi)招募”的消息,坐實(shí)了比亞迪已布局大圓柱電池,且已經(jīng)進(jìn)展到一定階段。

11月16日,金楊股份在互動(dòng)平臺(tái)上稱(chēng),公司今年下半年開(kāi)始向比亞迪小批量供應(yīng)46系列電池精密結(jié)構(gòu)件。公開(kāi)資料顯示,該公司是國(guó)內(nèi)領(lǐng)先的電池精密結(jié)構(gòu)件及材料制造商之一。

結(jié)合金楊股份此次透露的消息,比亞迪的大圓柱電池或?qū)⒃诓痪煤蠊几嗟募?xì)節(jié)信息。

此前已經(jīng)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(bào)道蔚來(lái)汽車(chē)和蜂巢能源將達(dá)成合作,共同研發(fā)新一代大圓柱電池,同時(shí)會(huì)在馬鞍山一起投資試制線。這也是蔚來(lái)汽車(chē)在研發(fā)半固態(tài)電池后,又一次進(jìn)行的電池布局。

而億緯鋰能的動(dòng)作更快,本月初,億緯鋰能更新了可轉(zhuǎn)債募集問(wèn)詢函回復(fù),公告顯示,三元大圓柱電池已取得未來(lái)5年的客戶意向性需求合計(jì)約486GWh。

11月20日,中創(chuàng)新航管理層在全球合作伙伴大會(huì)上表示,明年四季度46系6C充電倍率的大圓柱實(shí)現(xiàn)量產(chǎn)。

高工產(chǎn)研(GGII)發(fā)布的《2023中國(guó)大圓柱鋰電池行業(yè)發(fā)展藍(lán)皮書(shū)》顯示,截至2023年10月,全球大圓柱電池已布局產(chǎn)能超450GWh,目前46系大圓柱全極耳電池在國(guó)外已實(shí)現(xiàn)量產(chǎn),國(guó)內(nèi)處于小批量出貨、送樣階段。

大圓柱電池在經(jīng)歷了數(shù)年沉寂后開(kāi)始爆發(fā),它不僅在搶占未來(lái)動(dòng)力電池市場(chǎng)份額,也在搶占電池廠商的研發(fā)重心。

但在三年前,市場(chǎng)對(duì)大圓柱電池的反應(yīng)并沒(méi)有這么積極。

急速遇冷,沒(méi)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(hào)的圓柱電池表意相同,一個(gè)電池包里通常有幾百到幾千個(gè)電芯)。雖然這種型號(hào)的電池體積還算不上夸張(我們?nèi)粘J褂玫?號(hào)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(jīng)可以稱(chēng)得上“碩大”,因此市場(chǎng)上開(kāi)始稱(chēng)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(kāi)表示,46毫米的圓柱電池直徑是提升新能源汽車(chē)?yán)m(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(shí)也對(duì)節(jié)省電池制造成本和整車(chē)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(chē)?yán)m(xù)航里程可提高16%。

4680電池造起來(lái)確實(shí)比較省錢(qián),東吳證券、中國(guó)銀河證券等券商在報(bào)告中指出,4680電池相較于2170電池每千瓦時(shí)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(shù)量,對(duì)BMS管理系統(tǒng)的性能要求也會(huì)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(guò)7200個(gè)電芯,搭載2170電池需要使用4416個(gè)電芯,而搭載4680電池只需使用950個(gè)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(méi)有按照馬斯克預(yù)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(yīng)商,但無(wú)論是特斯拉自己還是松下,都沒(méi)能處理好4680電池上的諸多創(chuàng)新點(diǎn),而這些創(chuàng)新點(diǎn)恰恰是4680電池發(fā)揮其低成本、能量密度的關(guān)鍵。

例如,特斯拉的4680電池采用了無(wú)極耳設(shè)計(jì),而極耳是鋰離子聚合物電池產(chǎn)品的原材料。一般來(lái)說(shuō),電池需要再正負(fù)極焊接極耳用來(lái)導(dǎo)電,但這會(huì)讓電子流通路徑變長(zhǎng),電阻增大。而無(wú)極耳設(shè)計(jì)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。


此外,特斯拉4680電池最早的設(shè)定是正負(fù)極都采用干法電極技術(shù),相當(dāng)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(jìn)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(gè)工藝環(huán)節(jié)可以因此而省去。

這些創(chuàng)新設(shè)計(jì)帶來(lái)了大量的實(shí)際生產(chǎn)問(wèn)題,比如無(wú)極耳設(shè)計(jì)對(duì)焊接工藝的要求更高,容易出現(xiàn)極耳接觸不良,內(nèi)阻一致性差等問(wèn)題;干法電極技術(shù)最終也只被應(yīng)用到了石墨負(fù)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(jīng)過(guò)去三年,特斯拉4680電池的大規(guī)模量產(chǎn)始終還未實(shí)現(xiàn),今年5月份,特斯拉的4680電池供應(yīng)商松下宣布將推遲4680電池的大規(guī)模生產(chǎn)至2024年4月,比原定日期延后了一年。


松下和特斯拉都低估了4680的量產(chǎn)難度,中國(guó)的動(dòng)力電池廠商也有類(lèi)似經(jīng)歷。在特斯拉推出4680電池后,盡管包括寧德時(shí)代、億緯鋰能、遠(yuǎn)景動(dòng)力、國(guó)軒高科等眾多國(guó)內(nèi)電池廠紛紛涉足大圓柱電池,但只有少量廠商推出了相關(guān)產(chǎn)品,且并沒(méi)有獲得太多的市場(chǎng)關(guān)注度。

在很多業(yè)內(nèi)人士看來(lái),這是“一塊燙手的山芋”。

技術(shù)突破帶來(lái)的熱潮
沒(méi)有任何一家動(dòng)力電池廠商能忽視大圓柱電池性能和成本上的優(yōu)勢(shì),無(wú)論是特斯拉還是國(guó)內(nèi)的動(dòng)力電池廠商,都在努力改良自己的技術(shù)工藝,而這種努力的成果開(kāi)始在今年顯現(xiàn)。

對(duì)比“拉胯”的松下,特斯拉自己似乎在4680電池的量產(chǎn)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(jí)工廠已經(jīng)下線了第2000萬(wàn)塊4680電池;而在今年6月17日,特斯拉才剛剛下線了第1000萬(wàn)塊4680電池,在16周的時(shí)間里,特斯拉平均每天生產(chǎn)了約8.55萬(wàn)塊電池。

國(guó)內(nèi)的電池廠商也開(kāi)始發(fā)力。今年4月,中創(chuàng)新航首次公開(kāi)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(chē)展展出了4695大圓柱電池;億緯鋰能在原有的電池基礎(chǔ)上推出了4695 BEV模組方案;國(guó)軒高科年產(chǎn)10GWh的4695新能源電池項(xiàng)目宣布落地安徽合肥。

「甲子光年」發(fā)現(xiàn),這種現(xiàn)象是技術(shù)突破帶來(lái)的熱潮。

大圓柱電池最大的特點(diǎn),同時(shí)也是最難的技術(shù)工藝,就是極耳設(shè)計(jì)。「甲子光年」通過(guò)多個(gè)渠道獲悉,目前國(guó)內(nèi)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(duì)質(zhì)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(duì)齊,同時(shí)加注電解液時(shí)也更困難,這些都容易造成產(chǎn)品良率不高,且生產(chǎn)效率很低。2020年特斯拉剛剛推出4680電池時(shí),良品率只有20%。

而“揉平”工藝雖然極耳形態(tài)控制起來(lái)有些難度,但好處是能夠提升生產(chǎn)效率。

知名咨詢公司羅蘭貝格全球合伙人時(shí)帥告訴「甲子光年」:“目前國(guó)內(nèi)的電池廠商很多都用的是揉平工藝,這種工藝可能會(huì)讓極耳出現(xiàn)坑坑洼洼的情況,有可能會(huì)影響焊接,但是它繞過(guò)了特斯拉遇到的問(wèn)題,如果特斯拉都搞不定那我就要去尋求一個(gè)新的技術(shù)路線。”

國(guó)產(chǎn)大圓柱電池的技術(shù)難點(diǎn)正在通過(guò)資源投入解決,深圳中基、逸飛激光等國(guó)產(chǎn)大圓柱電池裝備供應(yīng)商也開(kāi)始針對(duì)極耳揉平推出產(chǎn)品并布局了專(zhuān)利。

比克電池副總裁李丹表示:“當(dāng)前4680大圓柱電池生產(chǎn)效率在50~150ppm(電池單體生產(chǎn)效率,意為每分鐘生產(chǎn)的數(shù)量),對(duì)比原來(lái)的小圓柱產(chǎn)品單線產(chǎn)能提高了5倍左右,未來(lái)幾年,大圓柱電池的效率有望達(dá)到300ppm,單線年產(chǎn)能基本和方形電池相同。 ”

如果4680電池量產(chǎn)后,國(guó)內(nèi)電池廠商能做到較高的生產(chǎn)效率和較高的良品率(2022年下半年,特斯拉4680電池良品率達(dá)到92%),那么大圓柱電池將引發(fā)新的電池產(chǎn)業(yè)格局的變化。

未來(lái)是大圓柱電池的天下?
大圓柱電池的再次興起,正中了車(chē)企“降本增效”的下懷。

從電池性能本身來(lái)說(shuō),目前大圓柱電池的能量密度已經(jīng)超過(guò)300Wh/kg,如果量產(chǎn)將同時(shí)擁有很低的生產(chǎn)成本,較少的數(shù)量也能減輕電池管理的難度,這幾乎完美契合的車(chē)企對(duì)電池性能“既要又要還要”的需求。

某電池廠商市場(chǎng)人員對(duì)「甲子光年」介紹,目前在使用同樣的正負(fù)極材料體系的情況下(如正極都使用811三元材料,負(fù)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(lái)的成本主要來(lái)自銅箔使用量,以及切割、焊接設(shè)備的投資。

興業(yè)證券在研報(bào)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(yù)計(jì)2025年為0.55元/Wh。假設(shè)一臺(tái)B級(jí)電動(dòng)車(chē)?yán)m(xù)航700km,電池電量為100kWh,到2025年,方型電池的裝車(chē)成本約為5.5萬(wàn)元,而使用4680電池的成本僅為3.23萬(wàn)元。

“當(dāng)大圓柱各層面達(dá)到充分規(guī)?;?,以及電池回收成熟形成閉環(huán)后,預(yù)測(cè)大圓柱Wh成本不會(huì)高于方形磷酸鐵鋰電池的5%。 ”李丹說(shuō)。

可以預(yù)見(jiàn)的成本優(yōu)勢(shì)讓從業(yè)人員和行研人員都開(kāi)始看好大圓柱電池未來(lái)的市場(chǎng)走勢(shì)。

“目前很多大型新能源車(chē)企,在未來(lái)5-10年,敲定了經(jīng)濟(jì)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(yù)測(cè),2025年動(dòng)力電池需求將超過(guò)1600GWh,其中大圓柱電池至少占30%以上的份額,整體市場(chǎng)前景十分可觀。”

時(shí)帥認(rèn)為“不能忽視”特斯拉對(duì)大圓柱電池的拉動(dòng)效應(yīng),預(yù)計(jì)到2025年,46系列大圓柱電池的市場(chǎng)占比“在20%以上是沒(méi)什么問(wèn)題的”。

此外,4680電池的結(jié)構(gòu)能使其耐受更高的電壓。根據(jù)Insideevs的研究報(bào)告,在400V平臺(tái)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(tái)還會(huì)更快。這相當(dāng)于4680電池是一個(gè)天然的超充電池,企業(yè)無(wú)需再電池端進(jìn)行額外的超充研發(fā)。

大圓柱電池的應(yīng)用不僅是能讓車(chē)更便宜、充電更快、跑得更遠(yuǎn),最重要的是在新能源汽車(chē)增速放緩,在車(chē)企在追求“降本增效”的時(shí)期,大圓柱電池或許能夠開(kāi)啟一個(gè)新的動(dòng)力電池時(shí)代。

以2022年國(guó)內(nèi)市場(chǎng)為例,中國(guó)汽車(chē)動(dòng)力電池產(chǎn)業(yè)創(chuàng)新聯(lián)盟數(shù)據(jù)顯示,國(guó)內(nèi)全年動(dòng)力電池裝車(chē)量為294.6GWh,其中方形電池占據(jù)93.2%的市場(chǎng)份額,仍然是市場(chǎng)主流。

但同時(shí)要看到的是,方形電池的能量密度已觸到天花板,生產(chǎn)工藝也十分成熟,升級(jí)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(chǎn)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(duì)市場(chǎng)占比相對(duì)較小的電池廠商來(lái)說(shuō),稱(chēng)為“咸魚(yú)翻身”的機(jī)會(huì)也不為過(guò)。

目前寧德時(shí)代仍在動(dòng)力電池領(lǐng)域擁有絕對(duì)的話語(yǔ)權(quán),其他電池廠商想在方形電池領(lǐng)域與其競(jìng)爭(zhēng)難度頗大,它們不僅無(wú)法撼動(dòng)寧德時(shí)代的地位,還容易出現(xiàn)技術(shù)侵權(quán)和專(zhuān)利糾紛。據(jù)了解,除了寧德時(shí)代和中創(chuàng)新航的專(zhuān)利官司,蜂巢能源、瑞浦蘭鈞等電池廠商都收到過(guò)寧德時(shí)代的專(zhuān)利侵權(quán)律師函。

在三元鋰電池競(jìng)爭(zhēng)不過(guò)寧德時(shí)代、磷酸鐵鋰電池競(jìng)爭(zhēng)不過(guò)比亞迪的情況下,大圓柱電池這個(gè)對(duì)誰(shuí)來(lái)說(shuō)都是新產(chǎn)品的電池,讓很多電池廠商看到了換道超車(chē)的機(jī)會(huì)和可能。

未來(lái),大圓柱電池將會(huì)成為方形動(dòng)力電池的有力競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手。“就車(chē)企來(lái)說(shuō),現(xiàn)在大家除了寧德時(shí)代還會(huì)引入別的供應(yīng)商,這是為了平衡成本并保證供應(yīng)穩(wěn)定性,未來(lái)大圓柱電池肯定也會(huì)是這樣。”時(shí)帥說(shuō)。

如今,盡管大圓柱電池還沒(méi)有真正大規(guī)模量產(chǎn),但不可否認(rèn)的是,它成為了改變動(dòng)力電池產(chǎn)業(yè)棋局的關(guān)鍵一子。

 
 
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