外電報(bào)道稱，10月25日，在一場(chǎng)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(kāi)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(kāi)發(fā)和測(cè)試進(jìn)展順利，特斯拉對(duì)產(chǎn)品的測(cè)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(zhǎng)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(guó)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(guó)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?；ヂ?lián)網(wǎng)上有一段視頻顯示，一大批貨物從特斯拉陽(yáng)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(cè)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(lái)研發(fā)高潮
事實(shí)上，國(guó)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(guó)汽車報(bào)》記者采訪時(shí)表示，通過(guò)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(kāi)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(chǎng)需求的基礎(chǔ)上，測(cè)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(guó)產(chǎn)化的帶動(dòng)，國(guó)內(nèi)圓柱電池的裝車量才重回正增長(zhǎng)，2020年達(dá)到8.35 GWh，占國(guó)內(nèi)新能源汽車電池裝車量的13％。
“圓柱電池的優(yōu)勢(shì)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(wú)極耳技術(shù)并改變正負(fù)極材料。據(jù)了解，無(wú)極耳電池的制造過(guò)程更加簡(jiǎn)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(wèn)題。此外，特斯拉還通過(guò)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(wèn)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(wú)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(wú)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(guò)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(guó)外客戶的廣泛認(rèn)可。”他說(shuō)。
市場(chǎng)潛力有待進(jìn)一步挖掘
除上文提到的企業(yè)外，國(guó)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(guó)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(kāi)發(fā)，目前正在進(jìn)行測(cè)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(zhǎng)兼首席執(zhí)行官楊紅新認(rèn)為，大圓柱電池的市場(chǎng)前景廣闊，在高性能跑車、SUV等領(lǐng)域具有應(yīng)用優(yōu)勢(shì)，以此為突破口，圓柱電池可與方形、軟包電池展開(kāi)競(jìng)爭(zhēng)。今年，蜂巢能源也將切入大圓柱電池領(lǐng)域。
“對(duì)于車企來(lái)說(shuō)，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(shuō)，按照特斯拉公布的4680電池?cái)?shù)據(jù)來(lái)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(lái)說(shuō)，誰(shuí)掌握了高性價(jià)比電池，誰(shuí)就相當(dāng)于掌握了車企的訂單。”他說(shuō)。
在新能源與智能網(wǎng)聯(lián)汽車獨(dú)立研究者曹廣平看來(lái)，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(jiǎn)單，由于是從電子消費(fèi)品領(lǐng)域中沿用過(guò)來(lái)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(jiǎn)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(chǎng)。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(shì)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。
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