近日，配裝億緯鋰能大圓柱電池的江淮瑞風(fēng)RF8正式上市，吹響了大圓柱電池量產(chǎn)應(yīng)用的號角。事實上，進入新的一年，不少動力電池企業(yè)也陸續(xù)分享了發(fā)展大圓柱電池的最新動態(tài)。從最初借特斯拉的聲勢走到臺前，到后來國內(nèi)企業(yè)默默發(fā)力，大圓柱電池的研發(fā)量產(chǎn)一直是一條不可忽視的“暗線”，因為它或?qū)⑸羁逃绊憚恿﹄姵啬酥列履茉雌嚠a(chǎn)業(yè)的發(fā)展軌跡。

規(guī)模化量產(chǎn)腳步漸近   

除了配套的整車上市以外，近期還有不少大圓柱電池量產(chǎn)的消息浮出水面。億緯鋰能公告顯示，截至2023年11月初，公司圓柱磷酸鐵鋰電池已取得的未來5年客戶意向性需求合計約88GWh；大圓柱三元鋰電池已取得未來5年客戶意向性需求合計約486GWh。同時，億緯鋰能大圓柱電池產(chǎn)能正逐步提升，年產(chǎn)能20GWh的大圓柱電池工廠已在湖北荊門基地建成，項目一期于2023年2月投產(chǎn)，二期首批設(shè)備于2023年11月30日開始進場。

1月28日，恒泰科技新一代全極耳大圓柱電池項目在中韓（惠州）產(chǎn)業(yè)園起步區(qū)正式投產(chǎn)。該項目是目前國內(nèi)第二條46系列大圓柱全極耳電池量產(chǎn)生產(chǎn)線，主要產(chǎn)品是全極耳46135磷酸鐵鋰電池，年產(chǎn)能達1GWh。據(jù)悉，恒泰科技在2020年開始開展46系列大圓柱鋰電池的研發(fā)、制造和銷售，產(chǎn)品可兼顧動力與儲能領(lǐng)域。

2023年11月，中創(chuàng)新航在全球合作伙伴大會上表示，將在2024年四季度實現(xiàn)46系列6C充電倍率大圓柱電池的量產(chǎn)。去年，中創(chuàng)新航發(fā)布名為“頂流”的圓柱電池，該款產(chǎn)品采用頂流結(jié)構(gòu)與“極質(zhì)”電解液技術(shù)，結(jié)構(gòu)內(nèi)阻較全極耳結(jié)構(gòu)下降50％，能量密度可達300Wh/kg，能夠?qū)崿F(xiàn)6C＋快充。

作為國內(nèi)較早布局大圓柱電池的企業(yè)，比克一直在該領(lǐng)域不斷創(chuàng)新、加強布局。比克電池林建向《中國汽車報》記者透露，2024年，比克鄭州二工廠將實現(xiàn)大圓柱電池的量產(chǎn)，項目一期產(chǎn)能達15GWh，二期規(guī)劃產(chǎn)能也是15GWh。其中，比克電池計劃2024年底先完成2.5GWh大圓柱電池的量產(chǎn)，后期產(chǎn)能將逐漸爬坡，2026年達產(chǎn)15GWh，2028年達產(chǎn)30GWh。

此外，2023年7月，比亞迪采購官方微信號發(fā)布招募公告，擬對2023年大圓柱電池全自動烘烤線設(shè)備實行供應(yīng)商公開招募。去年，還有傳聞稱，蔚來汽車將攜手蜂巢能源共同研發(fā)大圓柱電池。

另據(jù)獲悉，欣旺達日前在投資者互動平臺上表示，公司大圓柱電池正在與客戶進行研發(fā)，目前處于中試水平，后續(xù)將根據(jù)客戶的需求逐步進行產(chǎn)能布局。

自2020年特斯拉在電池日上推出4680大圓柱電池以來，由于具有性能、成本等優(yōu)勢，我國主要動力電池企業(yè)也選擇了布局大圓柱電池。“經(jīng)過近幾年來的發(fā)展，我國大圓柱電池的技術(shù)水平和產(chǎn)線工藝得到了快速提高，但產(chǎn)品尚未實現(xiàn)規(guī)?；慨a(chǎn)，仍處于小批量出貨、送樣的量產(chǎn)初期階段。”他介紹道。

量產(chǎn)“跳票”背后   

截至2023年10月，全球大圓柱電池已布局產(chǎn)能超450GWh，目前46系列大圓柱全極耳電池在國外已實現(xiàn)量產(chǎn)，國內(nèi)處于小批量出貨、送樣階段。

在動力電池產(chǎn)業(yè)發(fā)展如火如荼之時，業(yè)界曾樂觀預(yù)判2023年將是大圓柱電池的量產(chǎn)元年，但遺憾的是，2023年已經(jīng)過去，大圓柱電池的量產(chǎn)進程并未如預(yù)期那樣迅速推進。

大圓柱電芯能使動力電池具有更大能量密度和成組系數(shù)的優(yōu)勢，但在散熱要求和量產(chǎn)難度這兩方面暫時呈現(xiàn)出劣勢。正反兩方面的因素博弈，導(dǎo)致大圓柱電芯雖有進展卻進展有限。他稱，大圓柱由于電芯體積和容量變大，減少整個電池管理系統(tǒng)規(guī)模看似成立，但也對電芯內(nèi)部大面積涂布和壓實密度等的一致性提出了更高要求。

事實上，最早宣傳大圓柱電池的特斯拉也在量產(chǎn)目標(biāo)上“跳票”了。2023年11月，特斯拉Cybertruck電動皮卡交付活動在其美國得州超級工廠舉行。Cybertruck是特斯拉首款全面采用4680電池的車型，為確保充足的電池供應(yīng)，特斯拉于2023年9月下旬停止4680版Model Y的銷售。而根據(jù)特斯拉此前立下的目標(biāo)，2022年將有能力生產(chǎn)100GWh的4680電池，滿足130萬輛電動汽車的需求。從目前的交付進度來看，特斯拉距離100GWh的4680電池產(chǎn)量目標(biāo)依舊還有較遠的路要走。

圓柱形電池的主要優(yōu)勢在于效率高和一致性好，所以從小圓柱到大圓柱的演進過程中，需要在保持其原有優(yōu)勢的基礎(chǔ)上擴大容量。“但這也給生產(chǎn)帶來了較大挑戰(zhàn)，要在保證高效率的同時做到高一致性。除了這一點外，行業(yè)在研發(fā)大圓柱電池時，還希望做到技術(shù)上的升級，甚至一步到位，比如特斯拉希望應(yīng)用無極耳、干法技術(shù)等，從而進一步增加了產(chǎn)品量產(chǎn)的難度。”他認為。

“大圓柱電池量產(chǎn)進程不達預(yù)期的主要原因是沒有徹底解決工藝問題，導(dǎo)致成品率較低，成本偏高。今年如果還不能解決工藝問題，大家會調(diào)整預(yù)期，可能放棄干電極工藝，降低全極耳連接要求，以實現(xiàn)大圓柱電池的量產(chǎn)。”某頭部動力電池企業(yè)技術(shù)中心總工程師王毅（化名）向記者透露。

大圓柱電池量產(chǎn)離不開產(chǎn)業(yè)鏈的協(xié)同，設(shè)備、工藝布局、包括單體產(chǎn)品本身性能測試等需要同步升級。從3個方面分析了目前大圓柱電池的量產(chǎn)挑戰(zhàn)。首先是工藝，表面上看，大圓柱電芯制造的各道工序，無論相比傳統(tǒng)的小圓柱電芯，還是其他形態(tài)的電芯都變得更加簡潔高效，但實際上技術(shù)要求更高。完美地焊好成百上千個電芯不算什么挑戰(zhàn)，難的是成百上千萬甚至上億個電芯、幾十億次的焊接，都要保證在一個很小的范圍內(nèi)波動，才能達到一致性和可靠性要求。第二是原材料，圓柱電芯的尺寸越大，意味著要卷繞更多圈的極片，而且需保證每圈極片都平行而且對齊，這些因素需要從電極的配方原材料開始考慮，如何改善正負極材料本身的加工性，以及提高箔材和隔膜的抗拉性等，都對上游材料供應(yīng)商提出新的挑戰(zhàn)。第三是減碳，“雙碳”目標(biāo)對產(chǎn)能質(zhì)量提出了更高要求，低碳甚至零碳工廠已逐漸成為標(biāo)配，這要求企業(yè)使用回收材料，提高生產(chǎn)效率，使用清潔能源等。值得一提的是，圓柱電芯的高度標(biāo)準(zhǔn)化及形態(tài)對稱性，使得大圓柱電池在回收和梯次利用方面都更具優(yōu)勢。

大圓柱電池的國際角逐   

盡管大圓柱電池量產(chǎn)時間表被整體推后，但顯然這并不意味著其發(fā)展前景就此黯淡。其實，在動力電池產(chǎn)業(yè)近年來的技術(shù)和產(chǎn)品路線規(guī)劃中，大圓柱電池依然備受關(guān)注，企業(yè)和科研機構(gòu)也在積極開展研發(fā)和試產(chǎn)。

一項市場研究顯示，預(yù)計2022～2027年，全球大圓柱電池出貨量將有35倍的增長空間，在此期間中國大圓柱電池生產(chǎn)設(shè)備的市場規(guī)模將有14倍以上的增長空間。

在2020年電池日上，特斯拉以一己之力將4680電池推到臺前，對外介紹了其在產(chǎn)品形狀、正負極材料、工藝優(yōu)化等方面的一系列創(chuàng)新，從此動力電池行業(yè)開始對大圓柱電池“青眼有加”。

從整個國際市場來看，日韓企業(yè)較早布局了大圓柱電池，也在積極推動其量產(chǎn)應(yīng)用。據(jù)了解，作為核心電池供應(yīng)商，松下為特斯拉生產(chǎn)4680電池，規(guī)劃年產(chǎn)能10GWh的大圓柱電池項目去年已經(jīng)開建。同時，松下電池還在美國堪薩斯州建設(shè)了新工廠。2023年10月，三星SDI宣布從2026年開始的7年時間內(nèi)，將面向韓國現(xiàn)代汽車集團供應(yīng)動力電池。這一配套合同主要面向為歐洲市場生產(chǎn)的電動汽車，三星SDI位于歐洲匈牙利的工廠將用于生產(chǎn)。

日前，又有最新消息傳來，主打軟包電池的韓國SK On擬籌集約2萬億韓元（約合107億元）資金，以加強電池產(chǎn)能投資。據(jù)報道，該筆資金將主要用于大圓柱電池等新業(yè)務(wù)。此外，SK On還在招募46毫米圓柱電池和方形電池領(lǐng)域的專家。

特斯拉首席執(zhí)行官埃隆·馬斯克此前曾表示，4680電池將是特斯拉2023年計劃中的一個重要部分，公司未來所有的電動車型，包括Model Y、Semi半掛式卡車、Cybertruck皮卡和Roadster 2電動跑車都將配裝。

大圓柱電池備受國內(nèi)外動力電池企業(yè)的青睞，主要得益于其高性能、高安全、長壽命和低成本等優(yōu)勢。在吳喜慶看來，首先，大圓柱電池直徑增加使得電池重量減輕、電池包內(nèi)結(jié)構(gòu)件減少，能量密度提升，同時采用全極耳設(shè)計縮短電子傳輸路徑，提高快充倍率性能；其次，大圓柱電池表面為弧形，在一定程度上抑制電池間的熱量傳遞，阻止熱失控蔓延，具有明顯的安全優(yōu)勢；再次，大圓柱電池具有更高的充電電壓，更低的內(nèi)阻和更好的耐久性，能夠經(jīng)受重復(fù)的充放電使用，不易發(fā)生容量衰減；另外，整車采用大圓柱電池可以有效減少電池單體的數(shù)量和焊接配件，從而簡化電池包結(jié)構(gòu)，降低材料成本，BMS的難度也會降低，成組效率提升，系統(tǒng)成本會有明顯的下降。

“大圓柱電池的優(yōu)勢主要是降低內(nèi)阻（提高快充性能）、成組難度（電芯并聯(lián)數(shù)減少了一個數(shù)量級）和成本（基于預(yù)期的成品率，以及干電極技術(shù)），系統(tǒng)能量密度也有提高。”

大圓柱電池的安全性優(yōu)勢。當(dāng)前圓柱電池已實現(xiàn)9系高鎳三元正極體系無熱蔓延，而方形電池普遍實現(xiàn)6系。主要原因是圓柱型殼體強度高，在電芯發(fā)生高溫?zé)崾Э貢r，能夠保持殼體完整性，實現(xiàn)定向爆破；此外，大圓柱電池單體容量小，發(fā)熱量小。大圓柱單體電芯容量為25～40Ah（一般方形電池容量為50～300Ah），因此大圓柱電芯熱失控管理的難度小。

“現(xiàn)在4680電池在海外的進展，也就是特斯拉與松下有小規(guī)模量產(chǎn)，其他企業(yè)量產(chǎn)的速度不快，與國內(nèi)供應(yīng)商基本在同一起跑線。特斯拉公開大圓柱電池的信息后，國內(nèi)企業(yè)都非常感興趣，正加緊布局及推動量產(chǎn)。”墨柯說道。

目前，寧德時代、億緯鋰能、比克電池、國軒高科、蜂巢能源、力神電池、鵬輝能源、LG新能源、松下、三星SDI等全球主流電池企業(yè)，都在積極推進大圓柱電池的市場化發(fā)展。“千呼萬喚始出來”，大圓柱電池的真正角逐應(yīng)該說才剛剛開始。

攪動產(chǎn)業(yè)發(fā)展“一池春水”   

根據(jù)封裝方式不同，鋰電池可分為圓柱、方形和軟包3種類型，目前方形電池是國內(nèi)動力電池市場的主流產(chǎn)品形態(tài)。

當(dāng)前我國動力電池市場以方形電池為主，占比超過90％，軟包電池和圓柱電池市場份額較低，整車企業(yè)對大圓柱電池需求的迫切程度不高。另外，我國動力電池產(chǎn)業(yè)也面臨一定的產(chǎn)能過剩問題，主要企業(yè)的發(fā)展重心在如何提高產(chǎn)能利用率，加快去庫存等方面。因此，眾多因素綜合影響著大圓柱電池的量產(chǎn)進度。他告訴記者：“雖然發(fā)展不及預(yù)期，但行業(yè)仍對大圓柱電池保持積極態(tài)度，預(yù)計我國大圓柱電池在2024年底或2025年將迎來規(guī)?；慨a(chǎn)，儲能領(lǐng)域有望先于新能源汽車實現(xiàn)大批量應(yīng)用。”

“大圓柱電池的產(chǎn)業(yè)化已經(jīng)到來”。行業(yè)內(nèi)普遍認為2024年將會成為各家企業(yè)逐步進入大圓柱電池量產(chǎn)的元年。此前不久，馬斯克也透露，2024年將成為4680大圓柱電池重要的產(chǎn)能增長年，公司將在2024年三季度新建4條4680電池產(chǎn)線。

記者了解到，特斯拉、寶馬、沃爾沃、Stellantis、通用、東風(fēng)嵐圖、江淮、蔚來等國內(nèi)外多家車企正使用或即將使用大圓柱電池。隨著大圓柱電池技術(shù)的不斷成熟，越來越多的汽車品牌會將其應(yīng)用于旗下新能源汽車產(chǎn)品上。

對于動力電池企業(yè)來說，緊跟技術(shù)的變革有備無患。一是，特斯拉等企業(yè)將大圓柱電池視作優(yōu)質(zhì)的解決方案；二是，一些中小電池企業(yè)想要破局，有意借大圓柱電池“換道超車”，這些都可能在一定程度上影響未來動力電池的產(chǎn)業(yè)格局。

“目前，大圓柱電池已不存在絕對的技術(shù)瓶頸，僅面臨大規(guī)模量產(chǎn)的工藝難題，主要挑戰(zhàn)是生產(chǎn)效率和產(chǎn)品良率的提升，這需要生產(chǎn)設(shè)備和制造產(chǎn)線進行相應(yīng)的改造升級和技術(shù)工藝調(diào)整，保證大圓柱電池的產(chǎn)品一致性和穩(wěn)定性。”提質(zhì)、降本、增效是動力電池行業(yè)長期向好發(fā)展遵循的基本邏輯，需要企業(yè)在材料、結(jié)構(gòu)、工藝等方面加快技術(shù)突破，實現(xiàn)多元化技術(shù)路線的創(chuàng)新發(fā)展。作為技術(shù)路線之一，大圓柱電池能夠促進動力電池技術(shù)的迭代升級，并進一步推動汽車產(chǎn)業(yè)的電動化步伐。

未來大圓柱電池必須結(jié)合內(nèi)部材料體系的進展而發(fā)展。如果動力電池采用液態(tài)或半固態(tài)電解質(zhì)，大圓柱電池的卷繞工藝還有存在的可能。

“若是4680電池量產(chǎn)技術(shù)真能走向成熟，肯定會對現(xiàn)有動力電池供應(yīng)格局造成影響。目前，頭部企業(yè)都在布局大圓柱電池，也是看到了其技術(shù)上的優(yōu)勢以及未來的發(fā)展?jié)摿Α?rdquo;大圓柱電池一旦實現(xiàn)規(guī)?；慨a(chǎn)，將成為方形動力電池的有力競爭對手，從而改變動力電池產(chǎn)業(yè)的發(fā)展格局；另外，大圓柱電池上量，也將拉動產(chǎn)業(yè)鏈上下游企業(yè)的市場需求，進一步推進動力電池產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。全極耳大圓柱電池的成本優(yōu)勢，是其備受追捧、未來可期的關(guān)鍵。當(dāng)前，4680電池的生產(chǎn)節(jié)拍為50～150PPM，對比小圓柱產(chǎn)品生產(chǎn)單線產(chǎn)能大幅提高5倍左右。隨著技術(shù)不斷升級，大圓柱電池的生產(chǎn)節(jié)拍有望達到300PPM。當(dāng)各層面實現(xiàn)充分規(guī)?；螅髨A柱電池每瓦時的成本預(yù)估不會高于方形磷酸鐵鋰電池。

“很多大型新能源車企，面向5～10年后，敲定了經(jīng)濟型車型采用方形／刀片磷酸鐵鋰電池，中高端車型采用三元鋰＋硅大圓柱電池的布局。根據(jù)我們此前收到的客戶需求再結(jié)合行業(yè)信息綜合判斷，保守估計2025年全球新能源汽車的銷量將突破2000萬輛，對應(yīng)的動力電池需求將超過1600GWh，其中大圓柱電芯可能占到30％以上的份額。”大圓柱電池的規(guī)?；慨a(chǎn)將帶動新能源汽車產(chǎn)業(yè)鏈革新，催生相關(guān)結(jié)構(gòu)件和材料的需求，為整車提供更長的續(xù)駛里程和更高的安全性。這一技術(shù)路徑在性能、成本等方面都具有較為明顯的優(yōu)勢，能夠有效實現(xiàn)更高效制造、更高性能、更低成本，更好地滿足新能源汽車產(chǎn)業(yè)發(fā)展的需求。