中國儲能網(wǎng)訊：喊了4年的大圓柱電池量產(chǎn)時代似乎真的要來了。
9月15日消息，特斯拉宣布第1億顆4680電池正式下線。特斯拉CEO馬斯克也發(fā)文祝賀了其電池團(tuán)隊(duì)。而在三個多月前（6月6日），特斯拉才宣布第5000萬顆4680電池下線，可以說僅3個多月產(chǎn)量就翻了一番。
據(jù)悉，特斯拉已經(jīng)在其德州超級工廠實(shí)現(xiàn)了4680電池的規(guī)?；a(chǎn)，并計(jì)劃進(jìn)一步擴(kuò)大產(chǎn)能，在內(nèi)華達(dá)工廠投資擴(kuò)建，用于生產(chǎn)電動重卡Semi和4680電池，電池產(chǎn)能規(guī)劃達(dá)到100GWh。特斯拉還有更大的產(chǎn)業(yè)野心，未來其4680電池產(chǎn)能將提升至1000GWh以上，其長期產(chǎn)能目標(biāo)甚至達(dá)到2TWh、3TWh。
而在一個星期前（9月9日），松下能源也宣布已為4680圓柱汽車電池的量產(chǎn)做好準(zhǔn)備，和歌山工廠經(jīng)過改造，將成為該電池的主要生產(chǎn)地。松下方面還舉行了開產(chǎn)儀式以紀(jì)念這一時刻。在最終評估后，量產(chǎn)將正式開始。
在國內(nèi)，億緯鋰能率先實(shí)現(xiàn)大圓柱電池量產(chǎn)交付，截至2024年6月18日，公司已累計(jì)完成 21000臺交付，其中13000臺車輛穩(wěn)定運(yùn)行超1000公里，最長里程達(dá)83000公里。2024年上半年億緯鋰能還推出了大圓柱Omnicell電池，具備6C快充能力，可實(shí)現(xiàn)5分鐘續(xù)航300公里，低溫環(huán)境下續(xù)航提升20%，低溫加速性能提升100%。
“單體能量提升5倍，行駛里程提高16%；未來，隨著電池材料和汽車設(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%。” 這是4年前（2020年）特斯拉在其 “電池日” 上公布的4680大圓柱電池一系列核心數(shù)據(jù)，震撼業(yè)界。
而在2022年9月，寶馬集團(tuán)也宣布從2025年起在其新世代車型中使用46系列大圓柱電池，并先后與國內(nèi)電池廠商億緯鋰能、寧德時代、遠(yuǎn)景動力達(dá)成46系大圓柱電池的供應(yīng)合作，累計(jì)提供超過100GWh的訂單量。特斯拉和寶馬等國際車企巨頭對于46系列大圓柱電池的明確需求使其成為了一種新風(fēng)向，此后奔馳、通用、保時捷、沃爾沃等車企巨頭也都紛紛宣布未來將使用或考慮使用大圓柱電池，都希望在下一代車型和電池設(shè)計(jì)上爭取主動權(quán)。
動力電池一直是電車的心臟，特斯拉發(fā)起的4680電池自然被視為車企巨頭們掌控自身命脈的契機(jī)。
顯然，這很可能是一場決定未來十年全球動力電池，乃至儲能電池產(chǎn)業(yè)新格局的關(guān)鍵 “戰(zhàn)爭”。
在過去激蕩的十幾年間，中國鋰電從行業(yè)追趕者成為了產(chǎn)業(yè)引領(lǐng)者，這既是一部不屈不撓的奮斗史，也是一部永不停歇的創(chuàng)新史。在技術(shù)為王的時代，最高效的商業(yè)模式是什么，就是每一個企業(yè)集中所有力量于一個點(diǎn)進(jìn)行攻堅(jiān)，最終共同完成產(chǎn)業(yè)鏈的創(chuàng)新。這一種模式，在當(dāng)今的半導(dǎo)體、芯片、新能源等領(lǐng)域仍在轟轟烈烈地上演。
縱觀世界電池發(fā)展歷史，每一代電池技術(shù)的成熟發(fā)展和商業(yè)化應(yīng)用均需要經(jīng)過數(shù)十年的驗(yàn)證。時下，鋰電池產(chǎn)業(yè)進(jìn)入新一輪的技術(shù)迭代期，又到了決定下一個十年產(chǎn)業(yè)新格局的歷史關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)。
億緯鋰能董事長劉金成曾公開表示，“大圓柱電池成為行業(yè)的王者，已經(jīng)初露曙光?！?比克電池副總裁樊文光在23年4月也表示，“大圓柱電池的量產(chǎn)，已進(jìn)入到黎明前的攻堅(jiān)階段。”
樊文光認(rèn)為，作為未來5-10年內(nèi)中高端電動車的最優(yōu)解和電動汽車滲透率的突破口，2025年中國大圓柱電芯市占率將超過30%，超過2021年全球總需求量。大圓柱之 “大” 并不只在于電池尺寸，更在于步子之大、前景之大和挑戰(zhàn)之大。
綜合各券商研報及相關(guān)公司公告，預(yù)計(jì)2025年大圓柱電池市場需求在144.2GWh-235GWh；其中華泰證券分析認(rèn)為，2027年全球大圓柱電池裝機(jī)量有望達(dá)到429.0GWh，對應(yīng)總體市場規(guī)模將達(dá)到2144.8億元人民幣。
如今，寧德時代、億緯鋰能、松下、LG新能源、三星SDI、比克電池等海內(nèi)外電池巨頭目前也紛紛下場，重金布局大圓柱電池領(lǐng)域，加速大圓柱電池產(chǎn)業(yè)化進(jìn)程。據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，目前全球已有超過50家企業(yè)布局大圓柱電池產(chǎn)品并進(jìn)行了產(chǎn)能規(guī)劃，其中達(dá)GWh級別產(chǎn)能規(guī)劃的企業(yè)超15家。其中，特斯拉和億緯鋰能的規(guī)劃產(chǎn)能分別達(dá)到210GWh和130GWh，寧德時代、松下、三星SDI、遠(yuǎn)景動力和比克電池的規(guī)劃產(chǎn)能均超過 30GWh，并已有明確的目標(biāo)客戶。
毫無疑問，“大圓柱電池” 的時代序幕已經(jīng)開啟，綜合產(chǎn)業(yè)發(fā)展趨勢分析及判斷，未來誰能更快速且高效地完成產(chǎn)業(yè)布局，可能將成為決定這樣新技術(shù)戰(zhàn)爭成敗的關(guān)鍵。
01
戰(zhàn)略優(yōu)勢與市場空間分析
2027年全球大國桂電池裝機(jī)量有望達(dá)到429.0GWh
市場規(guī)模將突破2000億元
如果按照封裝形式來劃分，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)的電池各有千秋，且各有劣勢。
近年在寧德時代和比亞迪等頭部動力電池企業(yè)帶動下，方形電池一直占據(jù)絕對主導(dǎo)地位，根據(jù)高工鋰電，2023年國內(nèi)動力電池中，方形、圓柱、軟包的出貨量占比分別為93.6%、3.4%、2.9%。
但事實(shí)上，通過技術(shù)及數(shù)據(jù)分析，大圓柱電池在經(jīng)濟(jì)性、安全性和回收利用價值等方面都更具明顯優(yōu)勢。比如在降本方面，46系列電芯體積變大，需要的電池單體數(shù)量下降，焊接配件相應(yīng)減少，提高電池成組效率，簡化BMS管理難度；而在性能方面，較大尺寸使得金屬外殼占比降低、正負(fù)極活性材料的比例上升，能量密度提高；此外全極耳技術(shù)的應(yīng)用，亦可縮短電子路徑，降低電池內(nèi)阻，減小充放電過程中的損耗，提升放電效率。
可以說，幾乎是特斯拉憑借一己之力，扛起了 “大圓柱電池” 技術(shù)及產(chǎn)業(yè)化崛起的大旗。
縱觀圓柱電池產(chǎn)業(yè)化進(jìn)程，從1991年索尼公司發(fā)明首款商業(yè)化鋰電池—18650圓柱電池起，到圓柱電池首次規(guī)?；瘧?yīng)用電動汽車，就用了近17年時間。
時間回?fù)艿?008年，特斯拉首款豪華轎跑車 Roadster正式上市，其搭載的電池是松下生產(chǎn)的近7000顆圓柱電池，開創(chuàng)電動汽車應(yīng)用圓柱電池的先河。
此后，特斯拉與松下持續(xù)推進(jìn)大圓柱電池產(chǎn)業(yè)化進(jìn)程，到了2017年，特斯拉又與松下聯(lián)合推出21700圓柱電池并搭載于Model 3中，該電池采用NCA+少量摻硅負(fù)極方案，單體容量較18650電池提升約50%。
直到2020 年特斯拉在其 “電池日” 上正式公布了4680大圓柱電池這一創(chuàng)新產(chǎn)品。據(jù)介紹，4680電池是一種新型大圓柱電池，直徑46毫米，高度80毫米。單體能量方面，特斯拉宣稱4680電池是現(xiàn)有2170電池的五倍。特斯拉表示，相比2170電池組，4680電池組將使車輛的行駛里程提高16%。未來，隨著電池材料和汽車設(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%。
根據(jù)36氪報道，特斯拉的干法電極技術(shù)，不僅可以用在4680上，也是未來固態(tài)電池的終極生產(chǎn)方式。這一技術(shù)可以將整條產(chǎn)線縮短約100米，接近一個足球場的長度。有行業(yè)人士告訴36氪，正負(fù)極全部用干法制造，單瓦時的電芯價格可以節(jié)省2-3分錢。
這是什么概念？當(dāng)下方形磷酸鐵鋰電芯的最低報價為每瓦時0.32元，其中BOM成本與制造、人工等合計(jì)就要0.28-0.3元。特斯拉節(jié)省出來的部分，已經(jīng)是大部分二線電池廠的利潤所在。
顯然，這一產(chǎn)品一旦實(shí)現(xiàn)量產(chǎn)將為特斯拉構(gòu)筑巨大的技術(shù)與成本優(yōu)勢。
我們進(jìn)一步分析數(shù)據(jù)會發(fā)現(xiàn)，4680大圓柱電池本質(zhì)是電池結(jié)構(gòu)的優(yōu)化，能夠做到大容量和高能量密度的同時，兼具散熱佳、集成度高的優(yōu)點(diǎn)，但對材料體系、生產(chǎn)工藝及設(shè)備都提出更高要求。相較于方形、軟包封裝，升級后的大圓柱電池在動力電池領(lǐng)域優(yōu)勢明確，主要體現(xiàn)在五個方面：
首先，在安全性方面，大圓柱電池是目前幾種主流電池形態(tài)中安全性最高的，因其應(yīng)力均勻，散熱性能好，電芯數(shù)量下降與無極耳設(shè)計(jì)等降低了電池的熱管理難度，疊加泄壓閥、集成結(jié)構(gòu)件等技術(shù)增強(qiáng)了電池包的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度；
再看性價比方面，由于工藝簡單、高度標(biāo)準(zhǔn)化、在整包層面結(jié)構(gòu)件減少、成組簡單等因素，大圓柱電池在整體成本上具備一定優(yōu)勢；
其次在續(xù)航方面，大圓柱電池的高安全上限使得其可以支持高鎳三元、硅基負(fù)極等更為激進(jìn)、更高能量密度的化學(xué)體系，據(jù)特斯拉數(shù)據(jù)，相比21700電池，4680電池的單體電芯容量提高5倍，續(xù)航提高16%；
而在使用壽命方面，三元電芯雖然循環(huán)次數(shù)相對較少，但是因?yàn)楦吣芰棵芏?，能量吞吐量和日歷壽命高，因此其在使用壽命上并不存在劣勢；
最后在快充方面，因?yàn)椴捎脽o極耳技術(shù)，縮短了電子電流在電池中的移動距離，從而大幅提高充電速度。業(yè)內(nèi)人士分析指出基于大圓柱的高安全性，使它成為搭載兼顧高能量和超級快充的最佳載體。大圓柱電池能夠在保障安全和足夠的續(xù)航里程的同時，進(jìn)一步提升快充性能，助力電動車使用體驗(yàn)媲美燃油車。
根據(jù)華泰證券的研究，大圓柱電池在電動汽車領(lǐng)域優(yōu)勢顯著，有望成為中高端電動車的最優(yōu)解。事實(shí)上，動力電池近兩年大量新進(jìn)入者主要從大眾型產(chǎn)品做起，持續(xù)加碼產(chǎn)能導(dǎo)致同質(zhì)化競爭、低端產(chǎn)能過剩，而在中高端電池方面，確實(shí)呈現(xiàn)出 “供不應(yīng)求” 的趨勢。
目前除了特斯拉，寶馬、梅賽德斯奔馳、通用、保時捷、沃爾沃等車企巨頭也都紛紛宣布未來將使用或考慮使用大圓柱電池，都希望在下一代車型和電池設(shè)計(jì)上爭取主動權(quán)。
其中寶馬集團(tuán)是另一家明確將大圓柱電池視為未來主要技術(shù)方向的車企，將用于其新世代(Neue Klasse)車型架構(gòu)的純電車型，其此前選用的技術(shù)路線則是方形電池。
2022年下半年，寶馬集團(tuán)分別與寧德時代、億緯鋰能、遠(yuǎn)景動力達(dá)成大圓柱電池電池采購合同。三家電池供應(yīng)商將分別在中國、歐洲和北美建立電池工廠，為寶馬集團(tuán)供貨?？傮w規(guī)模達(dá)110GWh，按照純電動汽車動力電池容量在60-90KWh范圍計(jì)算，滿產(chǎn)后裝車輛將超過110萬輛。
和特斯拉類似，寶馬集團(tuán)選用的大圓柱電池也采用46毫米的直徑，但電池高度并非80毫米，而是采用了95毫米和120毫米兩種選項(xiàng)。
在特斯拉和寶馬集團(tuán)兩大車企巨頭帶領(lǐng)下，“大圓柱電池有望成為未來技術(shù)主流” 近乎已是行業(yè)共識。
此外，23年1月28日，據(jù)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(guī)格的大圓柱電池，但具體規(guī)格尚未有新消息流出。
在國內(nèi)市場，蔚來自研面向900V的46105大圓柱電芯和電池包，單顆電芯能量密度高達(dá)292Wh/kg行業(yè)領(lǐng)先，整包容量120kWh，超充快換電池包充電效率達(dá)到5C。
而江淮汽車則認(rèn)為高鎳+硅 “46系” 圓柱電池，一方面可以做到高安全；另一方面電芯可以實(shí)現(xiàn)豎放，在整車設(shè)計(jì)和空間利用方面有著更為明顯的優(yōu)勢。目前 “46系” 圓柱電池江淮主要走的是合作研發(fā)的模式，并且已在研發(fā)4680等多款大圓柱電芯，也有部分從外部供應(yīng)商（中比能源）導(dǎo)入。
事實(shí)上，除了車用領(lǐng)域之外，大圓柱電池也在加速滲透戶用儲能領(lǐng)域。當(dāng)前鋰離子電池中磷酸鐵鋰電池的安全性更高，但能量密度偏低、成本低，更適用于儲能領(lǐng)域。其中戶用儲能市場對容量、便攜的需求不同，進(jìn)而對電芯靈活串并聯(lián)的要求更高，以磷酸鐵鋰材料為主的大圓柱電池憑借其靈活成組優(yōu)勢在戶用儲能領(lǐng)域性能凸顯，包括億緯鋰能、鵬輝能源、海辰儲能、中比新能源、 時代聯(lián)合等電池企業(yè)均陸續(xù)推出了針對戶用儲能市場的大圓柱磷酸鐵鋰電池。
目前大圓柱磷酸鐵鋰電池備受戶用儲能市場的青睞，由于儲能系統(tǒng)的升級對電池容量、成本、功率以及安全性提出了更高的要求。大圓柱電池得益于無極耳技術(shù)、制造工藝和材料體系優(yōu)化，在單體容量、成本、性能、循環(huán)和安全方面優(yōu)勢明顯，例如大圓柱電池采用的磷酸鐵鋰材料本身具備較高的安全性，同時大圓柱電池采用高強(qiáng)度鋼殼設(shè)計(jì)，受極組膨脹影響形變小、抗沖擊、可靠性更高。結(jié)合市場需求和技術(shù)迭代來看，大圓柱電池發(fā)展趨勢明顯，目前相關(guān)企業(yè)正積極針對大圓柱儲能電池展開研發(fā)工作，致力于將大圓柱電池的循環(huán)壽命向5000次甚至更高次數(shù)推進(jìn)。
綜合各券商研報及相關(guān)公司公告，預(yù)計(jì)到2025年，全球大圓柱電池市場需求將達(dá)到144.2GWh-235GWh，比如中金公司樂觀預(yù)測2025年4680大圓柱電池市場滲透率將達(dá)到16%；另據(jù)華泰證券預(yù)測，2027年全球大圓柱電池裝機(jī)量有望達(dá)到429.0GWh，對應(yīng)總體市場規(guī)模將達(dá)到2144.8 億元，2023-2027年CAGR為110.7%。
02
核心玩家與產(chǎn)能布局
50家企業(yè)布局大園桂電池
達(dá)GWh級別產(chǎn)能規(guī)劃的企業(yè)超15家
為了在未來新一輪產(chǎn)業(yè)戰(zhàn)爭中占據(jù)領(lǐng)導(dǎo)地位，不僅特斯拉，幾乎所有動力電池巨頭都在加速推進(jìn)大圓柱電池領(lǐng)域的戰(zhàn)略布局，一場全球化競爭已不可避免。
不過，從目前全球大圓柱電池產(chǎn)業(yè)格局看，日韓企業(yè)占據(jù)主導(dǎo)地位。據(jù)EVTank數(shù)據(jù)，日本松下、韓國的LG新能源和三星SDI三家企業(yè)在圓柱電池的市場份額合計(jì)由2021年的48.9%增長到2022年的59.7%，到了2023年三家企業(yè)的市占率再次提升了10.1%。
但真正的產(chǎn)業(yè)戰(zhàn)爭才剛剛開始，未來隨著巨頭間進(jìn)擊策略的調(diào)整、戰(zhàn)略執(zhí)行的快慢等等，都將對未來產(chǎn)業(yè)格局產(chǎn)生較大影響，誰勝誰劣，言之過早。
據(jù)筆者了解，目前全球已有超過50家企業(yè)布局大圓柱電池產(chǎn)品并進(jìn)行了產(chǎn)能規(guī)劃，其中達(dá)GWh級別產(chǎn)能規(guī)劃的企業(yè)超15家。
另據(jù)24潮產(chǎn)業(yè)研究院(TTIR)綜合公司公告及券商研報統(tǒng)計(jì)，截止目前僅特斯拉、松下、LG新能源、三星SDI、寧德時代、億緯鋰能、比克電池、遠(yuǎn)景動力、蘭鈞新能源、蔚來等11家企業(yè)大圓柱電池產(chǎn)能規(guī)劃超700GWh！
在海外，推進(jìn)速度最快，擴(kuò)張最兇猛的當(dāng)屬特斯拉。2022年12月，特斯拉官方在Twitter平臺上表示，4680電池團(tuán)隊(duì)在加州弗雷蒙特工廠一周內(nèi)完成了86.8萬個4680電池的建造，相當(dāng)于1千輛Model Y電動汽車所需的電池?cái)?shù)量，預(yù)計(jì)對應(yīng)電池年化產(chǎn)量約4GWh；根據(jù)2023年1月的特斯拉2022年業(yè)績電話會議，特斯拉將耗資36億美元投資擴(kuò)建內(nèi)華達(dá)工廠，用于生產(chǎn)電動重卡Semi和4680電池，其中電池產(chǎn)能規(guī)劃100GWh。
此外，特斯拉得州超級工廠布局了四條4680電池生產(chǎn)線，一條已經(jīng)投產(chǎn)，其余三條處于調(diào)試和安裝階段。2023年6月17日，特斯拉再次通過其官方推特發(fā)文稱，其位于美國得州的超級工廠生產(chǎn)了第1000萬顆4680電池電芯。據(jù)了解，1000萬顆4680電池電芯可滿足約1.2萬輛Model Y車型動力電池配套需求。特斯拉的大圓柱電池計(jì)劃雄心勃勃，未來計(jì)劃將4680電池產(chǎn)能提升至1000GWh以上，其長期產(chǎn)能目標(biāo)甚至達(dá)到2TWh、3TWh。
在海外動力電池巨頭中擴(kuò)張最猛的企業(yè)則是LG新能源，其到2025年大圓柱電池產(chǎn)能規(guī)劃達(dá)120GWh，其次是松下，其到2025年大圓柱電池產(chǎn)能規(guī)劃近80GWh；另根據(jù)三星SDI官方公告，三星SDI計(jì)劃在今年晚些時候開始試產(chǎn)磷酸鐵鋰(LFP)電池和鎳錳電池，計(jì)劃為特斯拉的Model Y汽車生產(chǎn)圓柱形4680電池，其2025年大圓柱電池產(chǎn)能規(guī)劃約為24GWh。
回到國內(nèi)市場，在大圓柱電池領(lǐng)域布局最深，推進(jìn)最兇猛的企業(yè)當(dāng)屬億緯鋰能，其2025年大圓柱電池產(chǎn)能規(guī)劃高達(dá)200GWh，遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于寧德時代40GWh和比克電池30GWh的產(chǎn)能規(guī)劃目標(biāo)。
在2022年12月9日億緯鋰能就發(fā)布公告稱，計(jì)劃募集不超過70億元資金用于投資建設(shè) “23GWh圓柱磷酸鐵鋰儲能動力電池項(xiàng)目” 和 “21GWh大圓柱乘用車動力電池項(xiàng)目”。
據(jù)24潮團(tuán)隊(duì)了解，億緯鋰能計(jì)劃生產(chǎn)的圓柱磷酸鐵鋰動力儲能電池和46系列三元大圓柱電池已取得國內(nèi)外多家知名客戶的意向性需求。截至2023年底，公司圓柱磷酸鐵鋰電池已取得的未來5年的客戶意向性需求合計(jì)約88GWh；同時，公司三元大圓柱電池已取得未來5年的客戶意向性需求合計(jì)約486GWh。
此外，目前已有多家企業(yè)密集布局大圓柱磷酸鐵鋰儲能電池。2023年1月24日，特斯拉首次確認(rèn)不僅會將4680電池用在電動汽車上，還會將其拓展到儲能領(lǐng)域，例如戶儲電池Powerwall。國內(nèi)包括億緯鋰能、鵬輝能源、海辰儲能、比克電池、國軒高科、中創(chuàng)新航力神電池等不少電池企業(yè)自2022年已經(jīng)規(guī)劃或開始布局適用于儲能市場的磷酸鐵鋰大圓柱電池。億緯鋰能針對戶儲市場推出了40135系列大圓柱磷酸鐵鋰電池。鵬輝能源推出的40135型號大圓柱磷酸鐵鋰電池已收到客戶訂單，適用于便攜儲能、戶用儲能等多領(lǐng)域。此外，時代聯(lián)合、中比新能源、華立源和博立威等企業(yè)都在通過做大圓柱電芯尺寸來降低成本，進(jìn)而滿足戶用儲能電池應(yīng)用場景需求。
盡管未來大圓柱電池前景廣闊，但根據(jù)目前各產(chǎn)業(yè)巨頭的產(chǎn)能規(guī)劃，未來仍需警惕可能面臨的產(chǎn)能過剩風(fēng)險。如前文所述 “僅特斯拉、松下、LG新能源、三星SDI、寧德時代、億緯鋰能、比克電池、遠(yuǎn)景動力等11家企業(yè)大圓柱電池產(chǎn)能規(guī)劃就已突破700GWh！” ，而券商較為樂觀的預(yù)測則是2025年大圓柱電池市場需求約為235GWh，2027年也不過429GWh。
或許，未來各巨頭間產(chǎn)業(yè)化進(jìn)程快慢可能將成為戰(zhàn)爭成敗關(guān)鍵。
03
產(chǎn)業(yè)化難題與挑戰(zhàn)
大圓柱電池的技術(shù)優(yōu)勢已經(jīng)毋庸置疑，但在產(chǎn)業(yè)化進(jìn)程中仍面臨諸多問題和挑戰(zhàn)。
眾所周知，相比于傳統(tǒng)電池，4680大圓柱電池不僅僅是在尺寸上進(jìn)行升級，更主要是工藝層面上進(jìn)行了技術(shù)創(chuàng)新。而目前大圓柱電池現(xiàn)階段的量產(chǎn)瓶頸就主要來自工藝層面，亟需聯(lián)合鋰電設(shè)備企業(yè)進(jìn)行產(chǎn)品和工藝升級。
其中大圓柱電池生產(chǎn)流程主要包括：電極制備、電芯卷繞、組裝、注液、化成、分選等幾大工序。大圓柱電池與21700電池生產(chǎn)工藝差別之處主要在于：極耳模切與揉平、集流盤焊接等工序，這為其實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化進(jìn)程增加了較多難點(diǎn)，直接影響了4680電池的良品率，這是導(dǎo)致電池規(guī)模量產(chǎn)的困難之一。
根據(jù)相關(guān)數(shù)據(jù)顯示，大圓柱電池實(shí)現(xiàn)規(guī)模量產(chǎn)需達(dá)到90%以上的良率，而通常鋰電池制造需要達(dá)到95%以上的良率量產(chǎn)才具備經(jīng)濟(jì)性。
從特斯拉良品率走勢看，特斯拉4680產(chǎn)線最初良率只有20% ，2021年特斯拉4680試驗(yàn)線良品率約在80%。2022年年初，據(jù)Tesla motors clubs上流出的信息，在2022年1月22日特斯拉佛里蒙特工廠共生產(chǎn)了6813顆4680電芯，平均良品率達(dá)92%。但相比于21700圓柱電池的95%+的良品率仍存在一定差距。
而國內(nèi)除了億緯鋰能良品率達(dá)到90%左右外，部分布局4680的電池企業(yè)目前還處于B樣階段，良率在50%附近。因此未來良品率率先達(dá)標(biāo)并可實(shí)現(xiàn)高能量密度體系量產(chǎn)的企業(yè)，將成為4680技術(shù)革命的充分受益者。
實(shí)際上，自特斯拉在2020年電池日上發(fā)布4680電池至今，已有近4年時間，但其大圓柱電池產(chǎn)業(yè)化進(jìn)程也并不順利。馬斯克最開始為4680定下的目標(biāo)是2021年量產(chǎn)，2022年產(chǎn)能達(dá)到100GWh，而根據(jù)建約車評的計(jì)算，特斯拉得州工廠從2020年到2023年，三年時間內(nèi)4680電池累計(jì)產(chǎn)能僅約為0.816GWh，量產(chǎn)進(jìn)度仍然不及投資者預(yù)期。從特斯拉官宣的4680電池量產(chǎn)情況來看，完全量產(chǎn)并全面裝車特斯拉旗下的各類主力車型仍不現(xiàn)實(shí)，尚需時日。短時間內(nèi)，特斯拉只能做到部分車型的試安裝和少量車型覆蓋。
據(jù)建約車評的《特斯拉4680電池的 “量產(chǎn)枷鎖”》 一文，可從2022年美國加州大學(xué)圣地亞哥分校(University of California, San Diego)對特斯拉4680的拆解數(shù)據(jù)上看出，特斯拉的4680電池指標(biāo)距離2020年電池日上公布的數(shù)據(jù)相比，還有相當(dāng)大的距離。在材料上，2022年年底版本的4680電池正極沒有采用干電極技術(shù)，負(fù)極也并未摻入硅。整體正負(fù)極材料并無顯著的變化。
而在電池性能上，在圣地亞哥分校實(shí)驗(yàn)室2.5Ah的放電電流下，4680實(shí)測容量僅為23.5Ah。在體積提升將近5倍的前提下，與2710單體4.84Ah的容量相比，4680也沒有做到像之前電池日公布的5倍能量提升。
而根據(jù)浙商證券分析，干電極工藝難題是（特斯拉）4680尚未大規(guī)模量產(chǎn)的主要原因。要知道，傳統(tǒng)的濕法工藝，需要將正極與負(fù)極的粉末狀材料，與有毒的溶劑混合，調(diào)制成漿料，涂在相應(yīng)的箔材上。隨后在長達(dá)100米的烘箱中烘烤，去除水分，才能讓極片最終成型。
特斯拉使用的干法工藝，將正負(fù)極粉末與特殊的粘結(jié)劑混合，直接壓實(shí)在箔材上，這樣全程沒有水分參與，省掉了烘干的步驟。根據(jù)特斯拉估算，相較于濕法，采用干法電極工藝能夠減少18%以上的成本，以及41%的設(shè)備投資。有設(shè)備廠人士告訴36氪，正負(fù)極全部用干法制造，單瓦時的電芯價格可以節(jié)省2-3分錢。
但是，制造干法電極的第一個關(guān)鍵步驟將正極或負(fù)極的粉體材料混合，混粉需要完全均勻，這就是難題所在?！叭绻鲆煌胺?，第一勺和最后一勺檢測出來的結(jié)果完全不一樣。這些粉末放置兩小時，或是八小時，測出的結(jié)果也不一樣。如果混合的不均勻，做出來極片幾乎難以使用。” 有有接近特斯拉的工程師對36氪如是說。
更難的步驟是輥壓。傳統(tǒng)的輥壓工序運(yùn)用軋輥將干燥后的極片壓實(shí)，這樣可以保證電芯的性能。
特斯拉在負(fù)極上使用的是石墨材料，質(zhì)地較軟，壓起來更容易，很快便做到了量產(chǎn)。但正極是硬度很高的鎳鈷等金屬，這相當(dāng)于將細(xì)小的砂礫壓成光滑的鏡面，難度不言而喻。干法正極也是量產(chǎn)4680最大的關(guān)隘。
根據(jù)INSIDEEVs報道，2023年4月特斯拉聘請電池專家來完成4680電池干電極工藝難題，有望加速4680量產(chǎn)進(jìn)程。
但直到2024年6月26日，據(jù)外媒報道稱，由于能量密度和充電性能不盡人意，且成本更高，特斯拉正在考慮停止在德克薩斯州Giga Texas工廠生產(chǎn)4680電池?！叭绻当緹o法在年底前達(dá)到預(yù)期效果，特斯拉將放棄4680電池生產(chǎn)，轉(zhuǎn)而向外部供應(yīng)商采購?！?
顯然特斯拉的46電池系列仍然在掙脫4680量產(chǎn)枷鎖的途中狂奔，市場也期待未來有更多更具有確定性消息。
而作為特斯拉最重要的電池供貨商，松下在日本和歌山新建的10GWh的為特斯拉供貨的4680電池產(chǎn)線已于2022年5月底完成電池原型開發(fā)，原計(jì)劃于2023年4月開始試生產(chǎn)，但也已延期至2024年底。
松下動力電池負(fù)責(zé)人Yasuaki Takamoto早前對媒體表示：“生產(chǎn)這些更大的電池，工藝必須要比目前提高一到兩個水平，否則就會出現(xiàn)安全問題。” 他補(bǔ)充說，松下的安全生產(chǎn)系統(tǒng) “絕對讓松下在這個業(yè)務(wù)占據(jù)上風(fēng)?！?
此外，特斯拉的韓國供應(yīng)商LG新能源2022年6月份約宣布投資5800億韓元在其韓國奧昌工廠建設(shè)4680電池產(chǎn)線，三星SDI緊隨其后宣布于韓國天安工廠準(zhǔn)備建設(shè)供特斯拉使用的4680電池測試產(chǎn)線，年產(chǎn)能略低于1GWh，試生產(chǎn)完成后，量產(chǎn)線將安排在馬來西亞，預(yù)計(jì)產(chǎn)能8-12GWh，但目前也仍未傳出明確的量產(chǎn)消息時間。
作為國內(nèi)最快可能實(shí)現(xiàn)大圓柱電池量產(chǎn)的公司，億緯鋰能已被市場寄予厚望。早在2021年4月的上海車展期間，億緯鋰能就展示其研發(fā)的4680電池，并高調(diào)宣布公司大圓柱大鐵鋰的路線方針，在湖北荊門建設(shè)20GWh年產(chǎn)能的大圓柱電芯產(chǎn)線。2022年9月，億緯鋰能因?yàn)楂@得寶馬集團(tuán)的46系列（電池直徑46mm）大圓柱鋰電池的訂單備受關(guān)注，而在當(dāng)年12月的新產(chǎn)品發(fā)布會上，億緯鋰能也發(fā)布了350Wh/kg的4695大圓柱鋰電池電芯的研發(fā)樣品。
億緯鋰能此前在機(jī)構(gòu)調(diào)研中表示，現(xiàn)在大圓柱根本是要解決制造的問題，而不是研發(fā)的問題，也是表明了大圓柱電池的真正的難點(diǎn)在于量產(chǎn)的過程，是否具備高度產(chǎn)品性能一致性和規(guī)模化交付能力才是關(guān)鍵所在。
目前來看，大圓柱電池領(lǐng)域的各家都仍處于從實(shí)驗(yàn)室走向量產(chǎn)的過程中，但這一旅途注定不會一帆風(fēng)順。
設(shè)想下，未來在車企和電池巨頭共同努力下，大圓柱電池一旦突破工藝技術(shù)的制約，隨著良率的提升勢必將加速其產(chǎn)業(yè)化進(jìn)程，大圓柱電池將擁有與方形電池 “共分天下” 的潛力與勢頭。如果再結(jié)合一些新技術(shù)的率先應(yīng)用，大圓柱電池未來甚至可能占據(jù)主導(dǎo)地位。
不過需要注意的是，伴隨著能量密度更高的半固態(tài)電池加快產(chǎn)業(yè)化進(jìn)程，其對大圓柱電池未來發(fā)展空間與進(jìn)程也正在形成了新的挑戰(zhàn)。
半固態(tài)電池與大圓柱電池，都是接近量產(chǎn)的全新電池技術(shù)。對二者的態(tài)度，行業(yè)中也存在不同的聲音。
一種聲音認(rèn)為，半固態(tài)量產(chǎn)后，大圓柱電池將毫無還手之力。在能量密度以及未來發(fā)展（全固態(tài)）上，半固態(tài)幾乎占據(jù)絕對的優(yōu)勢，唯一的問題在于成本較高。
另一種聲音則認(rèn)為大圓柱比半固態(tài)更有優(yōu)勢?；诎踩钥紤]，大圓柱是鋼殼，而半固態(tài)是軟包，軟包封裝形式的高鎳三元電池，是否能通過新國標(biāo)的 “不起火不爆炸” 的熱失控實(shí)驗(yàn)還是個問題。
筆者認(rèn)為，正如目前三元鋰電池與磷酸鐵鋰電池共存一樣，多電池路徑共存，企業(yè)為用戶減少焦慮而進(jìn)行的多種技術(shù)探索都是有價值的。
比亞迪在接受投資者調(diào)研時曾表示，在現(xiàn)在的市場環(huán)境下，企業(yè)最需要的就是 “快”，“快魚吃慢魚” 比 “大魚吃小魚” 更恰當(dāng)，所以企業(yè)一定要速度為先。
毫無疑問，時下，動力與儲能電池產(chǎn)業(yè)已進(jìn)入新一輪的技術(shù)迭代期，又到了決定下一個十年產(chǎn)業(yè)新格局的歷史關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)。筆者認(rèn)為，未來誰能真正解決產(chǎn)業(yè)需求痛點(diǎn)，誰能夠最先實(shí)現(xiàn)大規(guī)模量產(chǎn)，誰就可能擁有改變或重塑產(chǎn)業(yè)新格局的力量與歷史機(jī)遇。
