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4680電池有望量產(chǎn),2022年會(huì)刮起大圓柱電池風(fēng)潮嗎?

2021-11-12 08:57:33 中國汽車報(bào)

外電報(bào)道稱,10月25日,在一場媒體圓桌會(huì)議上,松下首次發(fā)布了該公司的新產(chǎn)品,即4680電池,其存儲(chǔ)容量是現(xiàn)有電池的5倍,計(jì)劃2022年3月在日本開始試生產(chǎn)。松下方面表示,這款電池的發(fā)布將有助于深化其與特斯拉的商業(yè)合作。

而最近,坊間也傳出消息,特斯拉將于2022年上半年首次亮相4680電池,或率先配裝Model Y。據(jù)悉,4680電池的開發(fā)和測試進(jìn)展順利,特斯拉對(duì)產(chǎn)品的測試結(jié)果較為滿意。

一個(gè)是帶貨能力超群的新能源領(lǐng)軍車企,一個(gè)是實(shí)力不容小覷的頭部電池供應(yīng)商,二者圍繞4680產(chǎn)品的應(yīng)用蠢蠢欲動(dòng),能否引發(fā)行業(yè)刮起大圓柱電池的新風(fēng)潮?

特斯拉帶火4680電池

在去年電池日上,特斯拉以一己之力將4680電池推到臺(tái)前,對(duì)外介紹了其在產(chǎn)品形狀、正負(fù)極材料、工藝優(yōu)化等方面的一系列創(chuàng)新。據(jù)了解,這款長度增加、直徑變大的大圓柱電池,能量密度提高5倍,功率提高6倍,可使車輛續(xù)駛里程增加16%。當(dāng)時(shí),特斯拉方面宣稱,其美國加州弗里蒙特工廠已在少量試生產(chǎn)4680電芯,公司希望2021年底實(shí)現(xiàn)10GWh產(chǎn)能的目標(biāo);而德國柏林工廠將是特斯拉首家成熟生產(chǎn)4680電芯的工廠,年產(chǎn)能將是弗里蒙特工廠的數(shù)倍,預(yù)計(jì)產(chǎn)能250GWh。

具體而言,相比傳統(tǒng)圓柱電池,4680電池的性能明顯提升:一是空間利用率提高,圓柱體積的增大可以減少電池單體數(shù)目;二是生產(chǎn)成本降低,單體能量密度增加,意味著電芯數(shù)量的減少;三是快充性能改善,15分鐘內(nèi)可將電池從0充至80%的電量,功率密度峰值可達(dá)1000W/kg以上。

如今,特斯拉又朝著正式生產(chǎn)4680電池芯向前邁進(jìn)了一步。互聯(lián)網(wǎng)上有一段視頻顯示,一大批貨物從特斯拉陽極和陰極生產(chǎn)線,運(yùn)到了其得克薩斯州奧斯汀工廠內(nèi)。

與此同時(shí),特斯拉的配套供應(yīng)商松下也在4680大圓柱電池上取得了新進(jìn)展。松下方面介紹稱,4680大圓柱形電池專為滿足特斯拉電動(dòng)汽車的要求而制造,每個(gè)電池的額定容量為9000毫安,生產(chǎn)成本減半。今年,松下已在日本建立一條4680電池的測試線。松下方面還表示,如果能以比同行更高的效率生產(chǎn)這款電池,將考慮對(duì)這項(xiàng)技術(shù)進(jìn)行大規(guī)模投資,并向特斯拉以外的車企供應(yīng)。

大圓柱電池迎來研發(fā)高潮

事實(shí)上,國內(nèi)動(dòng)力電池企業(yè)也在同步進(jìn)行大圓柱電池的研發(fā)。比克電池首席科學(xué)家林建在接受《中國汽車報(bào)》記者采訪時(shí)表示,通過對(duì)正負(fù)極材料和結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的優(yōu)化,其全極耳大圓柱產(chǎn)品開發(fā)進(jìn)度符合預(yù)期,在兼顧能量密度的基礎(chǔ)上快充性能提升了3倍,目前產(chǎn)品已為部分客戶送樣,在滿足市場需求的基礎(chǔ)上,測試結(jié)果部分性能優(yōu)于預(yù)期。

據(jù)了解,在圓柱、軟包及方形三種不同類型的電池電芯中,圓柱電池的裝車量并不高。受特斯拉國產(chǎn)化的帶動(dòng),國內(nèi)圓柱電池的裝車量才重回正增長,2020年達(dá)到8.35 GWh,占國內(nèi)新能源汽車電池裝車量的13%。

“圓柱電池的優(yōu)勢在于,多單體并聯(lián)的冗余可靠性、單體熱失控不傳遞的安全性、充放電中橫向尺寸的穩(wěn)定性。隨著電池一致性和安全技術(shù)的進(jìn)步,允許電芯單體容量逐步增大;而且4680全極耳概念對(duì)快充、大功率放電、熱管理都有很大意義。所以圓柱電芯走向4680是順理成章的事情。”林建向記者介紹道。

雖然圓柱電池卷繞工藝成熟、生產(chǎn)成本低,但也存在不足。4680電池在增大尺寸的同時(shí),減少了電芯,每個(gè)電芯在充放電時(shí)都要承受更大的電流,發(fā)熱也會(huì)更多,且成組后體積能量密度稍低。

針對(duì)這些短板,企業(yè)進(jìn)行了技術(shù)創(chuàng)新,加以改良。特斯拉主要采用無極耳技術(shù)并改變正負(fù)極材料。據(jù)了解,無極耳電池的制造過程更加簡單,所用零件較少,可進(jìn)一步提高產(chǎn)品能量密度,實(shí)現(xiàn)更好的充放電循環(huán)。特斯拉4680電池的負(fù)極材料使用了硅,同時(shí)進(jìn)一步降低了正極材料中鈷的含量,不僅可有效降低成本,而且在一定程度上能規(guī)避鈷資源短缺的問題。此外,特斯拉還通過一系列材料升級(jí)和工藝調(diào)整,使得電池內(nèi)部電子通路變得更短,從而降低了發(fā)熱的概率,在增加能量密度的同時(shí)解決了散熱的問題。

比克電池則采用了全極耳技術(shù)路線。林建指出,電池單體電芯尺寸做大以后,單極耳的結(jié)構(gòu)無法滿足功率的要求,單純?cè)黾訕O耳數(shù)量首先會(huì)增加工藝難度及不確定性,其次也無法從根本上改善圓柱電芯的功率性能。針對(duì)于此,比克電池在戰(zhàn)略性探索大尺寸圓柱電池的同時(shí),布局了全極耳技術(shù)。經(jīng)過多年的探索,比克電池在2019年前后,形成了獨(dú)有的全極耳技術(shù)路線。“我們已在21700、32105等型號(hào)的電芯上驗(yàn)證了這項(xiàng)工藝,受到國外客戶的廣泛認(rèn)可。”他說。

市場潛力有待進(jìn)一步挖掘

除上文提到的企業(yè)外,國內(nèi)外不少動(dòng)力電池供應(yīng)商也將目光聚焦于4680大圓柱電池上。比如,LG能源、三星SDI、億緯鋰能、蜂巢動(dòng)力就相繼投身于4680技術(shù)和產(chǎn)品的研發(fā)。

近日,韓國媒體報(bào)道稱,三星SDI和LG能源完成了性能更強(qiáng)的4680電池的樣品開發(fā),目前正在進(jìn)行測試,以驗(yàn)證其結(jié)構(gòu)完整性。

億緯鋰能基礎(chǔ)材料與技術(shù)研究室主任冀亞娟表示,該公司布局了4680和4695兩款大圓柱電池,預(yù)計(jì)2023年產(chǎn)能釋放20GWh,2024年達(dá)到40GWh。

蜂巢能源董事長兼首席執(zhí)行官楊紅新認(rèn)為,大圓柱電池的市場前景廣闊,在高性能跑車、SUV等領(lǐng)域具有應(yīng)用優(yōu)勢,以此為突破口,圓柱電池可與方形、軟包電池展開競爭。今年,蜂巢能源也將切入大圓柱電池領(lǐng)域。

“對(duì)于車企來說,大圓柱電池的重要性在于提高能量密度并降低生產(chǎn)成本。”一位不愿透露姓名的新能源汽車企業(yè)相關(guān)負(fù)責(zé)人對(duì)記者說,按照特斯拉公布的4680電池?cái)?shù)據(jù)來看,成本降低50%是非??捎^的數(shù)字。隨著4680電池的量產(chǎn)推進(jìn),特斯拉的整車制造成本有望顯著下降。而在新能源汽車上,目前最大的成本占比就是動(dòng)力電池。“對(duì)于動(dòng)力電池企業(yè)來說,誰掌握了高性價(jià)比電池,誰就相當(dāng)于掌握了車企的訂單。”他說。

在新能源與智能網(wǎng)聯(lián)汽車獨(dú)立研究者曹廣平看來,動(dòng)力電池的形狀、規(guī)格、尺寸,本質(zhì)上由其結(jié)構(gòu)、材料體系及使用特性決定。在方形、軟包與圓柱電芯中,圓柱電芯制造工藝相對(duì)簡單,由于是從電子消費(fèi)品領(lǐng)域中沿用過來的,所以成本稍低。但是,新能源汽車領(lǐng)域所用的動(dòng)力電池容量較大,所以有增大電芯尺寸的客觀要求,以減少電芯數(shù)量,從而提高電池包的能量密度并簡化、降低電池管理和熱管理設(shè)計(jì)與難度。

“大圓柱電池的應(yīng)用潛力很大,特別是在高端乘用車和商用車市場。此外,它不僅可以配套整車,一些續(xù)航要求較高的短途出行工具和終端設(shè)備同樣適用。”林建表示,圓柱電池在新能源汽車領(lǐng)域的應(yīng)用價(jià)值依然存在,其高一致性和低成本的優(yōu)勢仍能在一些細(xì)分領(lǐng)域找到合適的生存空間。隨著量產(chǎn)上市,大圓柱電池會(huì)得到更多車企的青睞。




責(zé)任編輯: 李穎

標(biāo)簽:4680電池,大圓柱電池