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在動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企采納。時間來到2023年，這一現(xiàn)狀或?qū)⒂瓉碜兙帧?/p>
1月28日，有報道稱，全球汽車巨頭之通用汽車，正在考慮在將其電動車型中所使用的軟包電池轉(zhuǎn)向圓柱形電池，后者很可能會選擇類似特斯拉4680規(guī)格的電芯。
在此之前，寶馬集團也曾宣布，從2025年開始在其“新級別”電動汽車中使用大圓形電池，并將在中國和海外兩座電池廠生產(chǎn)加工產(chǎn)品，年產(chǎn)能高達40GWh。
另外，保時捷、沃爾沃、Stellantis、江淮等國內(nèi)外車企也相繼釋放出計劃應(yīng)用大圓柱電池的信號。
圓柱電池的“巨大的突破”
為何有越來越多車企將目光轉(zhuǎn)向圓柱形電池？一切還要從特斯拉的4680大圓柱電池說起。
在動力電池封裝形式的采用上，特斯拉是為數(shù)不多大規(guī)模使用圓柱型動力電池的車企，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。在造車路上，特斯拉對于核心部件大多選擇自研，其中包括動力電池。
特斯拉4680電池；圖片來源：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·馬斯克稱之為電池技術(shù)上的“巨大的突破”。從命名上來看，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，可使車輛行駛里程提高16%。未來，隨著電池材料和汽車設(shè)計的改進，將使續(xù)航里程凈增加56%，生產(chǎn)成本下降54%。
以特斯拉暢銷車型Model 3為例，若使用2170電芯，裝滿整個電池組需要約4400枚，電池容量在78.3kWh左右。若采用4680電芯，則僅需950余枚即可裝滿整個電池組，對應(yīng)的總?cè)萘靠梢赃_到130kWh，提升75%。
由此可見，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，重量也會隨之降低。另外，大體積電芯帶來的另一個好處是，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+硅碳負極材料，以及無極耳技術(shù)，大大降低了高鎳電池?zé)崾Э氐娘L(fēng)險，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)勢是應(yīng)對熱失控能力強，劣勢是成組效率低，和高鎳三元結(jié)合正好揚長避短，高鎳三元的優(yōu)勢是高能量密度，劣勢是熱穩(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。
行業(yè)周知，在汽車電動化的發(fā)展進程中，動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汽車快速實現(xiàn)市場全面滲透的重要因素。且自2021年以來，動力電池原材料遭遇多次漲價，讓車企增效降本的需求愈發(fā)強烈，在性能、成本、安全方面更具優(yōu)勢的4680大圓柱電池能夠快速出圈不足為奇。
大圓柱電池優(yōu)勢明顯，但也并非沒有缺點。
據(jù)了解，采用無極耳技術(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)兩個極耳的點焊到全極耳面焊，焊接工序和焊接量都變多，激光強度和焦距不容易控制，易焊穿燒到電池內(nèi)部或者無法焊全。而這些問題直接影響著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)過持續(xù)不斷地改進，在2022年第三季度的電話會議上，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?！睋?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92%。目前，在美國得州的奧斯汀超級工廠，特斯拉4680電池周產(chǎn)量已足夠滿足1000多個電池組的制造。
全球掀起4680電池?zé)岢?/h2>
在特斯拉的帶動下，近年來，全球電動汽車行業(yè)幾乎掀起了4680電池?zé)岢薄?/p>
如文章開篇所述，不但有越來越多的車企從方形、軟包電池路線，轉(zhuǎn)為跟蹤圓柱電池技術(shù)路線，同時也有越來越多的動力電池企業(yè)開始加大對大圓柱電池的推廣和布局。
根據(jù)蓋世汽車研究院整理分析，特斯拉與松下是市場推出4680電池進展較快的兩家企業(yè)，另有LG新能源、寧德時代、億緯鋰能、比克電池、遠景動力、蜂巢能源等電池企業(yè)都在積極跟進包括4680在內(nèi)的大圓柱電池。
圖片來源：蓋世汽車研究院
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)計將在2023年下半年投產(chǎn)。
同年8月，三星SDI中國區(qū)負責(zé)人崔勛在世界新能源汽車大會上宣布，三星確定在研發(fā)46系列電池，包括4680、4695和46120三種類型電池。根據(jù)規(guī)劃，三星 SDI 將在馬來西亞工廠批量生產(chǎn)4680電池，規(guī)劃產(chǎn)能為8-12 GWh。
國內(nèi)動力電池企業(yè)寧德時代已規(guī)劃8條產(chǎn)線12GWh的4680大圓柱電池產(chǎn)能，并2022年9月宣布將于中國和歐洲各建20GWh產(chǎn)能，預(yù)計2024年開始量產(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系列大圓柱電池項目正按計劃有序推進。根據(jù)規(guī)劃，億緯鋰能2025年大圓柱電池總產(chǎn)能將超過100GWh。
前文提到，寶馬集團將從2025年起在“新世代”車型中使用圓柱電芯，其尋找的圓柱電池供應(yīng)商就是寧德時代和億緯鋰能。據(jù)悉，寶馬已向這兩家合作伙伴授予了價值超過百億歐元（約737億元人民幣）的電芯生產(chǎn)需求合同。
此外，寶馬集團還宣布同遠景動力達成長期合作，后者將從2026年起為其新一代車型提供圓柱電池。為此，遠景動力將在美國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，計劃將于2026年投產(chǎn)。
蜂巢能源曾在2021年上海車展上展出過一款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，用于純電動汽車，不過量產(chǎn)時間未知。
值得一提的是，就在日前（1月28日），深圳市比克動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)能將達到30GWh。
作為國內(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，在市場關(guān)注度最高的46系列，比克在2021年開始陸續(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迎來規(guī)?；袌鰬?yīng)用拐點
綜合國內(nèi)外電池廠商的布局以及車企的應(yīng)用需求，蓋世汽車研究院分析指出， 4680大圓柱電池預(yù)計將在2023年迎來規(guī)?；袌鰬?yīng)用拐點。
且值得關(guān)注的是，在大圓柱電池量產(chǎn)取得階段性進展后，近期，特斯拉還宣布將持續(xù)加大對4680大圓柱電池的投入。
據(jù)悉，特斯拉將投資超過36億美元擴建內(nèi)華達州的超級工廠，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100GWh，將適配150萬輛輕型車。
對此，有分析人士指出，特斯拉此舉背后，一方面是希望通過4680電池實現(xiàn)增效降本，并搭載在全系列電動汽車中；另一方面則是計劃將4680電池應(yīng)用拓展至儲能領(lǐng)域（2022年特斯拉總裝機量6.5千兆瓦時，同比增長64%）。更有分析人士認為，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。
不管是何種原因，一個可以確認的趨勢是：屬于大圓柱電池的時代正在加速到來。
銀河證券發(fā)布研究報告稱，后補貼時代，性價比為王，4680大圓柱電池應(yīng)運而生，通過電芯設(shè)計、電芯工廠、正負極材料以及整車電池一體化這五個方面，4680電池整體成本可以下降56%。
未來，大圓柱將替代部分軟包和方形的市場份額。除Model3，特斯拉全部車型都計劃采用或部分采用4680電池。預(yù)計2025年，特斯拉4680車型銷量有望達到121萬輛，對應(yīng)電池裝機量約178GWh。疊加寶馬等企業(yè)，保守預(yù)測2025年4680電池裝機量將超過200GWh。
