中國(guó)儲(chǔ)能網(wǎng)訊：“在未來(lái)一段時(shí)間內(nèi)，大圓柱電池可能與方形電池共存，正如目前三元鋰電池與磷酸鐵鋰電池共存一樣，為用戶減少焦慮的多種技術(shù)探索都是有價(jià)值的?！?/span>
隨著特斯拉宣布4680電池版Model Y即將向北美用戶交付，大圓柱電池再次站上了風(fēng)口。
億緯鋰能董事長(zhǎng)劉金成表示，4680大圓柱電池可謂“極致標(biāo)準(zhǔn)、極致可靠、極致制造和極致體系”。而自4680電池在2020年9月特斯拉“電池日”上首次亮相后，海內(nèi)外動(dòng)力電池企業(yè)似乎嗅到了新的商機(jī)，從松下、LG新能源、三星SDI，到國(guó)內(nèi)的億緯鋰能（300014.SZ）、比克、蜂巢能源等均開始爭(zhēng)相布局。
相較于此前的18650等小圓柱電池，4680此番為何備受關(guān)注？劉金成甚至認(rèn)為，大圓柱電池可能是動(dòng)力電池終極技術(shù)方向，因其體現(xiàn)出“絕對(duì)安全與成本優(yōu)勢(shì)”。
事實(shí)真是如此嗎？
從18650到4680，圓柱電池不斷“長(zhǎng)大”
特斯拉與松下的合作可以說(shuō)是見證了圓柱電池的發(fā)展歷程。
圓柱電池最早出現(xiàn)在1991年前后，是日本索尼研制的18650，即直徑為18mm、長(zhǎng)度為65mm的圓柱形鋰電池。這款電池是全球首批商用的鋰離子電池，也是目前市場(chǎng)上最常見的圓柱電池型號(hào)，多應(yīng)用于工業(yè)和消費(fèi)領(lǐng)域。
特斯拉隨后開啟了車用圓柱鋰電池的商業(yè)化時(shí)代。
2008年，特斯拉推出首款車型Roadster。由于當(dāng)時(shí)動(dòng)力電池方案并不十分成熟，而松下18650電池有深厚的技術(shù)積淀，安全性和一致性都達(dá)到了非常高的水準(zhǔn)，于是特斯拉首次用它作為車輛的動(dòng)力電池，每塊動(dòng)力電池大約包含6831節(jié)松下18650電池。此后，松下將18650的電池容量從2Ah提升到4Ah，開始在Model S上大規(guī)模使用。
為進(jìn)一步提高電芯能量密度并降低成本，2017年特斯拉與松下共同研發(fā)的21700圓柱電池成功問(wèn)世，并將該電池應(yīng)用在Model 3上。21700圓柱電池采用NCA（鎳鈷鋁）+硅碳方案，能量較18650提升了50%。同時(shí)，21700的系統(tǒng)售價(jià)約為170美元/Wh，相比于18650電池系統(tǒng)的185美元/Wh下降約了9%。
此后，特斯拉繼續(xù)致力于圓柱電池的大型化。2019年，特斯拉申請(qǐng)4680大圓柱專利。2020年9月，特斯拉在股東大會(huì)暨電池日活動(dòng)現(xiàn)場(chǎng)率先發(fā)布了無(wú)極耳、硅負(fù)極、無(wú)鈷技術(shù)加持的4680電池。實(shí)驗(yàn)顯示，4680電池從10%充電至80%僅需15分鐘，而21700電池電量充到70%就需要25分鐘，預(yù)計(jì)4680大圓柱電池能量將提升5倍、續(xù)航里程提升16%、功率提升6倍。
2022年5月，特斯拉宣布擬正式向普通用戶交付4680電池版Model Y。該車型搭載特斯拉4680電池及結(jié)構(gòu)電池組，目前僅面向得州廠附近用戶交付。同時(shí)，特斯拉也在要求松下加快開發(fā)其4680電池。
三大優(yōu)勢(shì)吸睛，特斯拉力推4680大幅降本
特斯拉為什么選擇4680？主要原因是能量密度、安全性的提升，以及成本的下降。
能量密度方面，4680單體電芯的能量密度能達(dá)到300Wh/kg，高于目前鐵鋰單體160-200Wh/kg及三元的200-300Wh/kg。
特斯拉電池日官方材料顯示，從21700到4680，電芯體積增加448%，表面積卻只增加了180%，即結(jié)構(gòu)件質(zhì)量占電池包總重量的比例隨著圓柱電池直徑的增大而下降，大圓柱電池的電池能量密度則有所提升。
從應(yīng)用材料來(lái)看，正極方面主流廠商仍采用三元電池所應(yīng)用的NCM811高鎳方案。重點(diǎn)是負(fù)極材料，目前大多數(shù)電池使用石墨負(fù)極，實(shí)際應(yīng)用上的石墨比容量達(dá)到了約330—370mAh/g，已觸及理論比容量372mAh/g的天花板；硅的比容量超石墨10倍，能達(dá)4200mAh/g。特斯拉早在2017年搭載21700電池時(shí)就已經(jīng)引入了“摻硅”技術(shù)，大約摻了5%—6%的硅合金，占比較小。由于4680的不銹鋼殼體機(jī)械強(qiáng)度大，可充分吸收硅在充放電過(guò)程中的膨脹力，未來(lái)硅的摻雜比例或超10%。
但是，新材料的應(yīng)用也存在一定問(wèn)題。華安證券新能源與汽車首席陳曉對(duì)第一財(cái)經(jīng)表示，前期的固定資產(chǎn)投資、單位投資、加工成本相對(duì)會(huì)較大，需要一定時(shí)間把整個(gè)產(chǎn)線跑通，提升良品率。
圓柱電池的安全性主要體現(xiàn)在熱失控方面。方形、軟包電池表面平直，組成模組后幾乎沒(méi)有縫隙，造成熱失控時(shí)熱量傳遞明顯。而圓柱電池的弧形表面即使在充分接觸時(shí)仍會(huì)存在較大縫隙，單體能量也較低，可以在一定程度上阻礙電池之間的熱量傳遞。
有鋰電池技術(shù)專家表示，圓柱電池設(shè)計(jì)的最大特點(diǎn)就是，當(dāng)圓柱電池的規(guī)格給到供應(yīng)商以后，電芯工程師只要關(guān)注電芯的特性、常規(guī)比例、容量提高，后續(xù)模組和pack工程師就可以在這個(gè)規(guī)格上試驗(yàn)不同的熱管理方案，所以圓柱電池在安全方面的可塑性比較強(qiáng)。
成本方面，4680主要通過(guò)擴(kuò)大電池尺寸、CTC（Cell to Chassis，電池底盤一體化技術(shù)）設(shè)計(jì)等手段進(jìn)行降本。
“從整個(gè)封裝線來(lái)看，圓柱比方殼的投資成本可能要降低30%-40%?！鄙鲜鲣囯姵丶夹g(shù)專家稱。4680的電池?cái)?shù)量可以從18650的6000多個(gè)減至960個(gè)，這意味著PACK空間利用率提高、BMS（電池管理系統(tǒng)）控制難度降低。
從電池成本來(lái)看，圓柱電池的優(yōu)勢(shì)已經(jīng)顯現(xiàn)，當(dāng)前21700電池成本約為0.698元/Wh，2025年4680電池成本預(yù)計(jì)為0.323元/Wh。而方型電芯成本2022年為0.75元/Wh，興業(yè)證券預(yù)計(jì)2025年為0.55元/Wh。
由于4680有著雙重結(jié)構(gòu)，不僅可作為供能設(shè)備，也可以作為結(jié)構(gòu)件，可靈活運(yùn)用于各種車型的CTC設(shè)計(jì)。相比于21700電池，4680可減少370個(gè)零件數(shù)量。
特斯拉電池日公開信息顯示，特斯拉有信心將4680單位成本下降56%，其中，電芯設(shè)計(jì)占14%、電芯工廠占18%、負(fù)極材料5%、正極材料占12%、電芯底盤集成占7%。
但就實(shí)際情況來(lái)看，專家認(rèn)為，目前圓柱電池的成本曲線還處在相對(duì)比較高的位置，真正實(shí)現(xiàn)特斯拉的目標(biāo)成本可能需要較長(zhǎng)的時(shí)間，特別是當(dāng)前高鎳材料的價(jià)格和電池相關(guān)的配方還是偏貴的。
國(guó)內(nèi)電池廠商加速布局，何時(shí)量產(chǎn)仍需觀察
2017年之后受新能源車補(bǔ)貼退坡影響，初期配套圓柱電池的短續(xù)航低端車型無(wú)法得到補(bǔ)貼，圓柱電池受到方形電池?cái)D壓，市場(chǎng)份額從2017年的27.2%下滑至2020年的9.7%，以圓柱路線為主的比克一度陷入債務(wù)危機(jī)，而沃特瑪于近日宣告破產(chǎn)。
隨著4680的出現(xiàn)，國(guó)內(nèi)廠商再次將目光投向了圓柱電池。
“想做都能做的，圓柱電池產(chǎn)線擴(kuò)張更快，資本開支更低，比方形電池生產(chǎn)容易?！庇行履茉椿鸾?jīng)理稱。
億緯鋰能2021年11月發(fā)布公告稱，將投建年產(chǎn)能20GWh的乘用車用大圓柱電池生產(chǎn)線及輔助設(shè)施項(xiàng)目，投資總額約為32億元；2022年6月，公司公布了多項(xiàng)重大電池項(xiàng)目投資，其中，“乘用車鋰離子動(dòng)力電池項(xiàng)目”總投資金額43.75億元，項(xiàng)目達(dá)產(chǎn)后，將形成年產(chǎn)20GWh大圓柱46系列動(dòng)力儲(chǔ)能鋰離子電池產(chǎn)能。
億緯鋰能董事長(zhǎng)劉金成曾表示，大圓柱電池和疊片鐵鋰電池將是公司在動(dòng)力電池領(lǐng)域重點(diǎn)布局和發(fā)展的產(chǎn)品方向。當(dāng)前，億緯鋰能開發(fā)進(jìn)度有目共睹，但是關(guān)于快充的能力、內(nèi)阻、對(duì)應(yīng)的能量密度等可能還沒(méi)有達(dá)到高標(biāo)準(zhǔn)要求。
近日，有消息稱，寧德時(shí)代（300750.SZ）已收到客戶寶馬公司《定點(diǎn)通知書》，將為寶馬新款電動(dòng)車型提供圓柱形電池供應(yīng)。為降低電池成本，寶馬考慮從2025年開始，在新電動(dòng)平臺(tái)使用圓柱形電池。
業(yè)內(nèi)人士表示，寧德時(shí)代在溧陽(yáng)有圓柱產(chǎn)線，2021年產(chǎn)量約2-3GWh。對(duì)寧德時(shí)代來(lái)講，切入特斯拉要求的速度會(huì)比預(yù)期要快。
此外，江淮汽車（600418.SH）、蜂巢能源、比克電池等在大圓柱方面均有布局。
2021年2月，江淮汽車與CBAK能源科技簽署了一項(xiàng)為期三年的聯(lián)合產(chǎn)品開發(fā)戰(zhàn)略協(xié)議，雙方將聯(lián)合開發(fā)4680鋰電池及電池組；蜂巢能源2021年切入大圓柱領(lǐng)域，公司曾在上海車展創(chuàng)新日展示4680電芯研發(fā)成果，采用與特斯拉相同的無(wú)極耳結(jié)構(gòu)；比克是國(guó)內(nèi)首發(fā)4680全極耳大圓柱電池的電池企業(yè)，此前預(yù)計(jì)4680電芯樣品在2021年內(nèi)批量下線。
業(yè)內(nèi)人士稱，億緯鋰能、寧德時(shí)代等國(guó)內(nèi)企業(yè)在圓柱電芯開發(fā)和量產(chǎn)方面在全球處在比較有利的位置。從建造電池廠到投產(chǎn)，中國(guó)保持著8-10個(gè)月的高效記錄，在廠房到位、入場(chǎng)施工、設(shè)備調(diào)試時(shí)間點(diǎn)上，中國(guó)優(yōu)勢(shì)非常明顯。因此，國(guó)內(nèi)的投產(chǎn)速度相比國(guó)外更快，可能二、三年就能起量。
但目前新勢(shì)力和一些老牌企業(yè)，主要還在做圓柱電池的前期研究，后續(xù)模組設(shè)計(jì)、制造工藝仍需評(píng)估。并且，這些企業(yè)真正規(guī)劃了多少量、能量產(chǎn)的靠譜供應(yīng)商有幾家、能夠穩(wěn)定出貨的量有多少并不確定。
技術(shù)迭代速度快，4680難成圓柱電池終極形態(tài)
從各大廠商加速布局4680的動(dòng)向來(lái)看，大家并不懷疑特斯拉在電池層面的選擇。
伴隨特斯拉交付搭載4680電池的車輛，光大證券預(yù)計(jì)2025年特斯拉搭載4680電池的車型銷量將超160萬(wàn)輛，占總銷量的近50%，裝機(jī)量預(yù)計(jì)達(dá)123GWh。在特斯拉銷量高企、4680技術(shù)不斷成熟的背景下，預(yù)計(jì)2025年全球4680電池裝機(jī)量預(yù)計(jì)將達(dá)264GWh，在全球動(dòng)力電池裝機(jī)量、圓柱電池裝機(jī)量的滲透率分別達(dá)到22%、68%。
商業(yè)化前景較為光明的預(yù)測(cè)下，有觀點(diǎn)稱4680很可能將成圓柱電池終極形態(tài)。但多位業(yè)內(nèi)人士對(duì)第一財(cái)經(jīng)表示，這種說(shuō)法大概率是不成立的。
“技術(shù)的東西不好說(shuō)，都是走一步看一步，感覺（4680成為圓柱電池最終形態(tài)）不太可能?！鄙鲜龌鸾?jīng)理表示。
雖然4680圓柱電池當(dāng)下風(fēng)頭很足，但并不是所有電池廠商都一窩蜂地去做大圓柱。陳曉稱，說(shuō)是最終形態(tài)有點(diǎn)兒絕對(duì)，因?yàn)橛械膹S家并不著急向高鎳方向發(fā)展，還有一些是只做方殼，或只做小圓柱。當(dāng)前行業(yè)還處在發(fā)展階段，什么都有可能，大家都是在摸索。
事實(shí)上，不止圓柱電池的技術(shù)在進(jìn)步，方形電池也在加速更迭。
前有比亞迪（002594.SZ）片電池將體積利用率提升了50%以上，升級(jí)后擁有從30%充至80%僅20分鐘的快充速度和6kW的對(duì)外放電功率，后有寧德時(shí)代推出的第三代CTP技術(shù)，即“麒麟電池”。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系統(tǒng)可以提升13%。
華東汽車新材料技術(shù)研究院研究員林澍文表示，在未來(lái)一段時(shí)間內(nèi)，大圓柱電池有可能與方形電池共存，正如目前三元鋰電池與磷酸鐵鋰電池共存一樣，為用戶減少焦慮的多種技術(shù)探索都是有價(jià)值的。
本文不構(gòu)成任何投資建議，投資者據(jù)此操作，一切后果自負(fù)。市場(chǎng)有風(fēng)險(xiǎn)，投資需謹(jǐn)慎。
