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4680电池量产在望,大圆柱电池风潮要来了吗?

来源:圆柱电池 | 作者:ycybattery | 发布时间: 2021-11-11 | 467 次浏览 | 分享到:

外电报道称,10月25日,在一场媒体圆桌会议上,松下首次发布了该公司的新产品,即4680电池,其存储容量是现有电池的5倍,计划2022年3月在日本开始试生产。松下方面表示,这款电池的发布将有助于深化其与特斯拉的商业合作。

 

而最近,坊间也传出消息,特斯拉将于2022年上半年首次亮相4680电池,或率先配装Model Y。据悉,4680电池的开发和测试进展顺利,特斯拉对产品的测试结果较为满意。

 

一个是带货能力超群的新能源领军车企,一个是实力不容小觑的头部电池供应商,二者围绕4680产品的应用蠢蠢欲动,能否引发行业刮起大圆柱电池的新风潮?

 

特斯拉带火4680电池

 

在去年电池日上,特斯拉以一己之力将4680电池推到台前,对外介绍了其在产品形状、正负极材料、工艺优化等方面的一系列创新。据了解,这款长度增加、直径变大的大圆柱电池,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%。当时,特斯拉方面宣称,其美国加州弗里蒙特工厂已在少量试生产4680电芯,公司希望2021年底实现10GWh产能的目标;而德国柏林工厂将是特斯拉首家成熟生产4680电芯的工厂,年产能将是弗里蒙特工厂的数倍,预计产能250GWh。

 

具体而言,相比传统圆柱电池,4680电池的性能明显提升:一是空间利用率提高,圆柱体积的增大可以减少电池单体数目;二是生产成本降低,单体能量密度增加,意味着电芯数量的减少;三是快充性能改善,15分钟内可将电池从0充至80%的电量,功率密度峰值可达1000W/kg以上。

 

如今,特斯拉又朝着正式生产4680电池芯向前迈进了一步。互联网上有一段视频显示,一大批货物从特斯拉阳极和阴极生产线,运到了其得克萨斯州奥斯汀工厂内。

 

与此同时,特斯拉的配套供应商松下也在4680大圆柱电池上取得了新进展。松下方面介绍称,4680大圆柱形电池专为满足特斯拉电动汽车的要求而制造,每个电池的额定容量为9000毫安,生产成本减半。今年,松下已在日本建立一条4680电池的测试线。松下方面还表示,如果能以比同行更高的效率生产这款电池,将考虑对这项技术进行大规模投资,并向特斯拉以外的车企供应。

 

大圆柱电池迎来研发高潮

 

事实上,国内动力电池企业也在同步进行大圆柱电池的研发。比克电池首席科学家林建在接受《中国汽车报》记者采访时表示,通过对正负极材料和结构设计的优化,其全极耳大圆柱产品开发进度符合预期,在兼顾能量密度的基础上快充性能提升了3倍,目前产品已为部分客户送样,在满足市场需求的基础上,测试结果部分性能优于预期。

 

据了解,在圆柱、软包及方形三种不同类型的电池电芯中,圆柱电池的装车量并不高。受特斯拉国产化的带动,国内圆柱电池的装车量才重回正增长,2020年达到8.35 GWh,占国内新能源汽车电池装车量的13%。

 

“圆柱电池的优势在于,多单体并联的冗余可靠性、单体热失控不传递的安全性、充放电中横向尺寸的稳定性。随着电池一致性和安全技术的进步,允许电芯单体容量逐步增大;而且4680全极耳概念对快充、大功率放电、热管理都有很大意义。所以圆柱电芯走向4680是顺理成章的事情。”林建向记者介绍道。

 

虽然圆柱电池卷绕工艺成熟、生产成本低,但也存在不足。4680电池在增大尺寸的同时,减少了电芯,每个电芯在充放电时都要承受更大的电流,发热也会更多,且成组后体积能量密度稍低。

 

针对这些短板,企业进行了技术创新,加以改良。特斯拉主要采用无极耳技术并改变正负极材料。据了解,无极耳电池的制造过程更加简单,所用零件较少,可进一步提高产品能量密度,实现更好的充放电循环。特斯拉4680电池的负极材料使用了硅,同时进一步降低了正极材料中钴的含量,不仅可有效降低成本,而且在一定程度上能规避钴资源短缺的问题。此外,特斯拉还通过一系列材料升级和工艺调整,使得电池内部电子通路变得更短,从而降低了发热的概率,在增加能量密度的同时解决了散热的问题。

 

比克电池则采用了全极耳技术路线。林建指出,电池单体电芯尺寸做大以后,单极耳的结构无法满足功率的要求,单纯增加极耳数量首先会增加工艺难度及不确定性,其次也无法从根本上改善圆柱电芯的功率性能。针对于此,比克电池在战略性探索大尺寸圆柱电池的同时,布局了全极耳技术。经过多年的探索,比克电池在2019年前后,形成了独有的全极耳技术路线。“我们已在21700、32105等型号的电芯上验证了这项工艺,受到国外客户的广泛认可。”他说。

 

市场潜力有待进一步挖掘

 

除上文提到的企业外,国内外不少动力电池供应商也将目光聚焦于4680大圆柱电池上。比如,LG能源、三星SDI、亿纬锂能、蜂巢动力就相继投身于4680技术和产品的研发。

 

近日,韩国媒体报道称,三星SDI和LG能源完成了性能更强的4680电池的样品开发,目前正在进行测试,以验证其结构完整性。

 

亿纬锂能基础材料与技术研究室主任冀亚娟表示,该公司布局了4680和4695两款大圆柱电池,预计2023年产能释放20GWh,2024年达到40GWh。

 

蜂巢能源董事长兼首席执行官杨红新认为,大圆柱电池的市场前景广阔,在高性能跑车、SUV等领域具有应用优势,以此为突破口,圆柱电池可与方形、软包电池展开竞争。今年,蜂巢能源也将切入大圆柱电池领域。

 

“对于车企来说,大圆柱电池的重要性在于提高能量密度并降低生产成本。”一位不愿透露姓名的新能源汽车企业相关负责人对记者说,按照特斯拉公布的4680电池数据来看,成本降低50%是非常可观的数字。随着4680电池的量产推进,特斯拉的整车制造成本有望显著下降。而在新能源汽车上,目前最大的成本占比就是动力电池。“对于动力电池企业来说,谁掌握了高性价比电池,谁就相当于掌握了车企的订单。”他说。

 

在新能源与智能网联汽车独立研究者曹广平看来,动力电池的形状、规格、尺寸,本质上由其结构、材料体系及使用特性决定。在方形、软包与圆柱电芯中,圆柱电芯制造工艺相对简单,由于是从电子消费品领域中沿用过来的,所以成本稍低。但是,新能源汽车领域所用的动力电池容量较大,所以有增大电芯尺寸的客观要求,以减少电芯数量,从而提高电池包的能量密度并简化、降低电池管理和热管理设计与难度。

 

“大圆柱电池的应用潜力很大,特别是在高端乘用车和商用车市场。此外,它不仅可以配套整车,一些续航要求较高的短途出行工具和终端设备同样适用。”林建表示,圆柱电池在新能源汽车领域的应用价值依然存在,其高一致性和低成本的优势仍能在一些细分领域找到合适的生存空间。随着量产上市,大圆柱电池会得到更多车企的青睐。

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