近來，新能源汽車產(chǎn)銷增長(zhǎng)一浪高過一浪，而動(dòng)力電池技術(shù)創(chuàng)新也不斷加速。“4680圓柱電池將成為今后動(dòng)力電池的主流，品質(zhì)優(yōu)、安全性高是其強(qiáng)項(xiàng)。”3月28日，松下電器集團(tuán)代表董事、總裁楠見雄規(guī)在2022中國(guó)電動(dòng)汽車百人會(huì)論壇上如是說。同一場(chǎng)合，寧德時(shí)代首席科學(xué)家吳凱表示，寧德時(shí)代推出的第三代CTP(無(wú)模組)技術(shù)，內(nèi)部稱其為“麒麟電池”，電量比4680系統(tǒng)還要高13%。兩者的發(fā)言，火藥味十足。
自2020年9月特斯拉在“電池日”首次發(fā)布4680電池后，動(dòng)力電池龍頭企業(yè)就開始爭(zhēng)相布局大圓柱電池，從松下、LG新能源到比克、億緯鋰能等動(dòng)力電池企業(yè)都?xì)⑷脒@一賽道。這給一直身處主流地位的方形電池帶來了威脅。那么，大圓柱電池是市場(chǎng)新機(jī)遇嗎?大圓柱電池與方形電池誰(shuí)將是主流?電池技術(shù)路線之爭(zhēng)的意義又何在?
01 圓柱電池機(jī)遇來臨？
在4680大圓柱電池現(xiàn)身之前，方形和軟包動(dòng)力電池一直是主流，只有特斯拉大量使用了松下生產(chǎn)的18650圓柱電池。而4680電池在特斯拉首席執(zhí)行官馬斯克眼中是“巨大突破”，他認(rèn)為這有望使特斯拉生產(chǎn)售價(jià)2.5萬(wàn)美元(約合人民幣16萬(wàn)元)的平價(jià)電動(dòng)汽車成為可能。今年3月，松下計(jì)劃在美國(guó)投資建設(shè)動(dòng)力電池工廠，就被看作是為特斯拉配套提供4680電池。
如今，4680大圓柱電池在一些動(dòng)力電池企業(yè)中格外受寵。“極致標(biāo)準(zhǔn)、極致可靠、極致制造和極致體系。”億緯鋰能股份有限公司董事長(zhǎng)劉金成罕見地用了4個(gè)“極致”來表達(dá)對(duì)4680電池的高度認(rèn)可。劉金成表示，大圓柱電池可能是動(dòng)力電池終極技術(shù)方向，其體現(xiàn)出“絕對(duì)安全與成本優(yōu)勢(shì)”。
所謂4680大圓柱電池，尺寸為直徑46毫米，高度80毫米，與特斯拉之前使用的直徑18毫米、高度65毫米的18650圓柱電池相比，體積更大，優(yōu)點(diǎn)也更多。正因如此，受到越來越多動(dòng)力電池企業(yè)的青睞。
“大圓柱電池是未來5～10年內(nèi)中高端電動(dòng)汽車配置的最優(yōu)解。”比克動(dòng)力電池副總裁樊文光在接受記者采訪時(shí)表示，目前4680電池正處在從設(shè)計(jì)驗(yàn)證到工程驗(yàn)證的推進(jìn)階段。到2025年大圓柱電芯市占率將超過30%，達(dá)到約480GWh，超過2021年全球動(dòng)力電池總需求量。他告訴記者，目前，比克的圓柱鋁殼電芯已處于B樣(接近量產(chǎn)的試產(chǎn)樣品)階段。
對(duì)于4680大圓柱電池，特斯拉仍然處于領(lǐng)跑位置。今年2月19日，特斯拉宣布美國(guó)弗里蒙特工廠已于1月生產(chǎn)了100萬(wàn)枚4680電池，將在第一季度率先用于Model Y車型上。按照每輛車配備1000枚估算，這些電池可用于1000輛Model Y新車。此外，松下和LG新能源均計(jì)劃在2023年量產(chǎn)4680電池，松下位于日本和歌山縣的工廠正在引進(jìn)2條生產(chǎn)線，LG新能源也開始建設(shè)一條試點(diǎn)生產(chǎn)線。
“從國(guó)內(nèi)外動(dòng)力電池企業(yè)的布局看，大圓柱電池的市場(chǎng)機(jī)遇期帷幕已經(jīng)拉開，產(chǎn)能有望持續(xù)擴(kuò)大。”山東省電池工業(yè)協(xié)會(huì)顧問謝瑜忠認(rèn)為，這與全球電動(dòng)汽車銷量快速增長(zhǎng)、用戶持續(xù)增加、消費(fèi)者對(duì)破解動(dòng)力電池種種焦慮的現(xiàn)實(shí)需求是分不開的，而且這也是大圓柱電池逐漸“受寵”、為業(yè)界看好的內(nèi)在驅(qū)動(dòng)力。
02 哪種技術(shù)路線是主流？
當(dāng)前的動(dòng)力電池市場(chǎng)上，雖然4680圓柱電池逐漸受寵，但仍然是方形電池的天下。那么，未來究竟誰(shuí)能在競(jìng)爭(zhēng)中奪得主流地位呢?
“大圓柱電池在安全性方面優(yōu)點(diǎn)突出。”北京大學(xué)新能源材料與技術(shù)實(shí)驗(yàn)室主任其魯向記者表示，與普通方形電池相比，大圓柱電池單體容量低，單個(gè)電池?zé)崾Э蒯尫诺哪芰枯^小，不易引起熱失控蔓延。同時(shí)，因?yàn)殡姵夭捎脠A柱結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，相鄰電池受熱比只有1/6;而方形電池是面對(duì)面相貼，相鄰電池受熱比達(dá)到1/2。因此，大圓柱電池獨(dú)特的圓柱弧形表面能夠限制熱傳遞。
此外，圓柱電池的無(wú)極耳電池技術(shù)通過正負(fù)極集流體與蓋板或殼體直接連接，成倍增大電流傳導(dǎo)面積、縮短電流傳導(dǎo)距離，從而大幅降低電池內(nèi)阻，減少了發(fā)熱量，還可以延長(zhǎng)電池壽命。同時(shí)，其能量密度也在不斷提升，2024年實(shí)現(xiàn)量產(chǎn)時(shí)能量密度將高達(dá)285Wh/kg左右，不亞于三元鋰電池。而且，大圓柱電池續(xù)駛里程可達(dá)700公里以上，而目前大多數(shù)普通方形電池靠增加電池?cái)?shù)量的方法只能做到600公里，但已經(jīng)很難再提升了。
作為新一代方形電池技術(shù)的代表，“麒麟電池”也有自己的獨(dú)特優(yōu)勢(shì)。吳凱指出，通過分析近3年乘用車的續(xù)駛里程數(shù)據(jù)獲悉，消費(fèi)者對(duì)長(zhǎng)里程的追求仍是趨勢(shì)，同時(shí)還要兼顧經(jīng)濟(jì)性。因此，寧德時(shí)代的高效成組技術(shù)既能解決里程焦慮，不同化學(xué)體系的搭配又能兼顧經(jīng)濟(jì)性需求。新推出的麒麟電池在相同的化學(xué)體系、同等電池包尺寸下，電池包的電量相比4680系統(tǒng)可以提升13%。而且，麒麟電池通過應(yīng)用無(wú)熱擴(kuò)散技術(shù)，構(gòu)建多級(jí)安全防護(hù)體系，實(shí)現(xiàn)了電池系統(tǒng)不熱擴(kuò)散的目的。
“實(shí)事求是地說，上述新技術(shù)肯定都有其優(yōu)點(diǎn)，但目前‘麒麟電池’尚未發(fā)布，沒有詳細(xì)參數(shù)和試驗(yàn)依據(jù)，不好評(píng)價(jià)。”華東汽車新材料技術(shù)研究院研究員林澍文表示，客觀來看，隨著4680電池直徑和高度的增加，可以使電池組中所需單個(gè)電池?cái)?shù)量減少，如一代18650圓柱電池需要7200余枚電芯，二代2170圓柱電池需要4400余枚電芯，4680電池約需要950余枚電芯，這也就不斷降低了電池管理系統(tǒng)的難度。
在樊文光看來，大圓柱電池?zé)o論在快充、換電模式和回收再利用環(huán)節(jié)都有突出優(yōu)勢(shì)。在快充模式上，快充12分鐘可以行駛500公里。在換電領(lǐng)域，目前存在靈活性不足、建設(shè)成本過高、行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)不統(tǒng)一等問題，而圓柱電池因?yàn)閱误w小，形狀規(guī)則，非常適合換電模式。同時(shí)，大圓柱電池有統(tǒng)一尺寸，不像方形電池規(guī)格不一，形狀各異，對(duì)于回收、運(yùn)輸及梯次利用都更為有利。
“在未來一段時(shí)間內(nèi)，大圓柱電池有可能與方形電池共存。”林澍文表示，在目前技術(shù)條件下，兩種電池都有各自適用的場(chǎng)景，有望共同成為主流，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。”林澍文說。
03 路線競(jìng)爭(zhēng)意義何在？
伴隨著電動(dòng)汽車產(chǎn)銷量的增長(zhǎng)，市場(chǎng)對(duì)動(dòng)力電池的需求也在水漲船高，相關(guān)動(dòng)力電池企業(yè)正在不斷推出動(dòng)力電池新技術(shù)、新產(chǎn)品，多種技術(shù)路線的競(jìng)爭(zhēng)正在升溫。
而近一年多來，動(dòng)力電池原材料價(jià)格瘋狂上漲，已經(jīng)成為行業(yè)的重要制約因素。在這樣的情況下，動(dòng)力電池企業(yè)如何發(fā)揮技術(shù)創(chuàng)新優(yōu)勢(shì)，降本增效，備受整個(gè)產(chǎn)業(yè)鏈關(guān)注。“比克新一代的大圓柱電池，瞄準(zhǔn)的是中高端汽車電池市場(chǎng)。”樊文光表示，新技術(shù)不僅可以提升性能，還能降低成本，在原材料漲價(jià)背景下意義格外突出。
“通過技術(shù)創(chuàng)新減少價(jià)格高、供應(yīng)緊張的原材料使用，降低電池生產(chǎn)成本更為實(shí)用，大圓柱電池在這方面有優(yōu)勢(shì)，這也是高度重視控制生產(chǎn)成本的特斯拉之所以率先盯上大圓柱電池的原因之一。”其魯表示，在上游原材料短缺且價(jià)格高企的背景下，動(dòng)力電池技術(shù)創(chuàng)新、多種技術(shù)路線探索與競(jìng)爭(zhēng)，都對(duì)整個(gè)動(dòng)力電池行業(yè)乃至新能源汽車行業(yè)發(fā)展有現(xiàn)實(shí)意義。
“目前，動(dòng)力電池技術(shù)可謂是百花齊放。”招商證券分析師馬宏圖表示，除了全固態(tài)電池還需要若干年的努力才能實(shí)現(xiàn)商業(yè)化量產(chǎn)之外，從材料上看，高鎳電池、無(wú)鈷電池、無(wú)鎳無(wú)鈷電池、果凍電池等已經(jīng)相繼開始研發(fā)或發(fā)布;從外形上看，比亞迪的刀片電池已經(jīng)量產(chǎn)，大圓柱電池、“麒麟電池”或許很快也將量產(chǎn)應(yīng)用。多種技術(shù)路線的競(jìng)爭(zhēng)，既可以相互激勵(lì)，加速創(chuàng)新發(fā)展，也有利于實(shí)現(xiàn)市場(chǎng)層面的洗牌和淘汰，從而使真正優(yōu)秀的產(chǎn)品脫穎而出。
“既可以在提高性能的基礎(chǔ)上減少礦產(chǎn)資源消耗并降低生產(chǎn)成本，又能解決里程焦慮、安全焦慮、充電焦慮、冬季掉電焦慮、低殘值焦慮等問題的動(dòng)力電池，才是理想的、可大規(guī)模推廣的商業(yè)化產(chǎn)品。”林澍文表示，因此，動(dòng)力電池新一輪技術(shù)競(jìng)賽中誰(shuí)能成為贏家，答案就在其中。
