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4680大圆柱电池风起 谁能吃到第一只螃蟹?

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  作为稳坐世界电动车头把交椅的特斯拉,其掌舵人埃隆•马斯克的一言一行往往都会受到业界极大关注,甚至会影响到动力电池技术路线及发展方向。在马斯克带动下,动力电池行业内曾刮起一股21700的风潮,而后 “无钴化”概念的提出,马斯克也功不可没。而现如今4680大圆柱电池又在马斯克的带动下,慢慢地火了起来。

  2020年9月23日,特斯拉跳票近半年的电池日姗姗来迟。有人期待着特斯拉百万英里电池的消息;有人惦记着马斯克在这次大会公布Model3降价的喜讯;还有人想看马斯克造的电动飞机;甚至有人想听马斯克公布移民火星的计划。但这些都让大家失望了,电池日最亮眼的存在,莫过于马斯克公布的4680电池的相关信息。

  但是4680电池的公布,并没有让大家感觉到那么惊艳,况且这款所谓的全新电池在此之前就已经被提前曝光了。与现有的电池相比,这款高达 80毫米,直径46毫米的电池优势可以用七个字来形容:更大、更强、更便宜。大就不赘述了,可降本14%,整车续航里程可提高16%。令人失落的是,新电池全面投产还需要三年左右时间。

  说者无意,但听者有心。马斯克可能做梦也没有想到,自己都不确定量产时间的4680电池可能又要成为其他电池企业的“战利品”了。就在特斯拉电池日召开后不久,相关电池企业也纷纷公布4680电池的研发情况及进展,这其间不乏松下、LG化学、三星SDI等国际电池大佬,同样包括比克电池、蜂巢能源等国内企业,且部分量产时间还早于特斯拉。

  

  4680大圆柱电池风起

  据了解,特斯拉4680大圆柱电池除直径更长、高度更高、成本更低外,最大的特点是采用无模组设计,能量密度可提升至300kWh/kg,在完成PACK后可减少约370个零件,不仅减轻了电池包的整体重量,同时可提升生产速度。而且,该电池采用无极耳技术,可大幅改善电池的散热性能,因此又有人将该电池称为“无极耳4680电池”。

  业内人士称,无极耳技术是4680大圆柱的前提。巧合的是,就在去年5月特斯拉刚刚发布了“无极耳”电池专利,核心设计理念是通过正负极集流体与盖板/壳体直接连接,成倍增大电流传导面积、缩短电流传导距离,从而大幅降低电池内阻,减少发热量延长电池寿命并提高充放电峰值功率。而此次特斯拉4680电池的发布,耐人寻味。

  有特斯拉牵头,其他电池企业也积极跟进。近日比克电池召开媒体沟通会,向与会人员分享了公司4680大圆柱动力电池技术的最新进展及未来产品规划。根据透露,比克电池正与客户合作进行4680大圆柱电池的应用开发,电芯样品预计今年年内批量下线,未来比克会将这个兼具技术创新和成本性能优势的产品,首先用于高端价值的客户。

  比克电池电芯研发负责人樊文光博士表示:大圆柱电芯技术可以将能量密度/成本与安全性之间的最优平衡点,推向新的位置。在保证电池整包安全前提下,通过提高单体电芯尺寸来提升空间利用率,减少结构件的使用,简化生产工序,同时兼顾能量密度、输出功率等指标,而且大幅简化BMS,由此降低电池包整体的工艺成本。

  作为特斯拉老牌电池供应商,松下自然不甘人后。松下负责人高本康明表示,特斯拉要求生产的4680型电池,也是公司未来业绩的潜在增长来源。考虑到马斯克希望上路的电动车数量以及其他汽车厂商的需求,如果松下决定继续生产4680型电池,未来公司将进行对其进行大规模量产。目前,松下正致力于建立一条用于4680电池原型测试的生产线。

  高本康明表示,松下在将4680电池推向市场方面拥有无可比拟的优势。与其他电动汽车电池制造商相比,松下在扩大生产规模方面速度并不快,但公司优势在于安全,能够在保证安全标准的前提下稳步扩大生产。他表示,松下每年生产25亿颗电池而不存在重大安全问题的专有技术,也使公司在生产4680型电池方面更有信心。

  与此同时,包括LG化学以及三星SDI也有4680电池的消息传出。据韩媒报道,LG化学正准备在其韩国工厂生产特斯拉的新型4680电芯。截至目前,LG化学的4680电芯试生产线已经开始建设,当前组装和电镀设备已经安装完毕。知情人士称,LG可能会在这条生产线上投资数百万美元,目标是在松下开始大规模生产电池之前完成试产。

  近期三星SDI总裁兼首席执行官表示,该公司正在为纯电动汽车开发新的、更大尺寸的圆柱形电池,将在未来两到三年内推出,但具体的产品规格还没有决定。业内猜测,目前三星SDI量产的圆柱动力电池有18650和21700两个型号。根据官方的信息来看,这款尺寸更大的圆柱电池有可能就是特斯拉于在电池日上发布的4680电池。

  此外包括宁德时代、亿纬锂能、蜂巢能源等电池企业都在积极研发大圆柱电芯。蜂巢能源总经理杨红新表示,4680大圆柱电池电芯的生产工艺将发生变化,可实现更高效率的大规模生产,使产出成倍增加。同时平台可拓展性非常好,还可以大幅降低制造成本,大圆柱电池的市场前景很广阔。蜂巢能源希望快速切入进去,把公司优势体现出来。

  技术难度不小 推广尚需时日

  今年1月,CBAK能源科技称已与江淮汽车签署为期三年的联合产品开发战略协议,双方将共同开发4680型号圆柱锂电池。资料显示,CBAK能源科技致力于锂离子电池研发、生产和销售,旗下产品包括方形铝壳电池、聚合物电池及圆柱电池等。2020财年CBAK能源科技净营收3760万美元,同比增长69.3%,净亏损780万美元。

  有消息称,CBAK能源科技计划在今年年底前开始研发特斯拉4680新型电池。随着4680电池的火热,CBAK能源科技已提前体会到4680电池带来的甜蜜。仅在4月7号,CBAK能源科技股价大涨22%。而这也让人联想到,因为涉及到固态电池而备受资本追捧的美国某上市公司,时至今日仍没有产品面世,但是公司市值已超千亿元。

  可以看到,4680电池的火热带火了相关的上市企业。虽然4680电池优点突出,但是缺点也很明显,想要真正做出成品并投入使用并非那么容易。4680电池由于尺寸增大,也给电池热管理带来了新的挑战。虽然电芯数量急剧减少,大幅简化了BMS系统。但是每个电芯在充放电的时候都要承受更大的电流,发热量也会更多。

  更重要的是,这种电池很容易过热,因为尺寸太大,很难从中心向外散发热量。根据高本康明介绍,4680电池也更容易受到颗粒污染,当微小的金属碎片进入电池内部时,就会导致电池短路,而这是电动汽车电池起火的常见原因。因此4680电池想要规模推广,首先要解决电池系统散热和单体电池散热两大问题,能做到的企业显然不多。

  根据特斯拉介绍,其专利的无极耳技术能够成数量级地降低电池内阻和发热速率,在解决高能量密度电芯的散热问题上具有较强的优势。随着无极耳技术的发展,动力电池主要的发热部件得以去除,内阻减少,热稳定可控性更高,能让4680大圆柱电池极大地改善散热性能。问题是,该技术也无法解决电芯内部短路导致的发热问题。

  相较于特斯拉的无极耳,比克电池却采用的是全极耳的技术路线。比克电池首席科学家林建提到,极耳的数量和位置分布对电池内部的电流分布和温升会产生影响,决定着电池的放电效率。公司在圆柱电池领域耕耘多年,已提前布局4680大圆柱技术,并借助全极耳技术强化大圆柱电芯功率性能,形成了4680电池独有的全极耳技术路线。

  松下负责人表示,生产这种体积更大的4680电池需要把制造工艺提高1-2个级别,否则就会出现安全问题,公司久经考验的安全管理系统绝对让松下在这方面占据了上风。而且按照马斯克的规划,计划在公司内部自行生产电池。不过值得注意的是,不仅马斯克在与松下以外的电池制造商商谈合作事宜,松下也在积极寻找除特斯拉以外的合作伙伴。

  面对4680电池的大热,不少电池企业都表现的很有信心,但也有人表示推广很难。伍德麦肯兹公司交通运输分析师拉姆•钱德拉塞卡兰就表示,4680电池还有很多重大的技术问题需要解决,很多行业人士已经为此努力了多年时间。如果能够如愿,4680电池带来的进步将是突破性的,但是电池企业对于何时能完成交付都还没有定论。

  不过业内人士指出,4680大圆柱电池只要能找到制造工艺和尺寸的突破口,在很多场景下的应用潜力都将非常大,预计未来方形电池将占比40%,软包电池将占比30%,圆柱电池将占比20%左右。而且对整车企业来说,大家并不十分关心采用哪种形状的动力电池,只要这种电池的安全性好、成本低、性能高就会受到车企的青睐。

  事实上,当前虽然方形电池仍是主力,但圆柱电池装机量也在稳步回升。4680电池之所以受到行业关注,最重要的原因在于可以有效地降低成本。而且圆柱电池由于技术相对成熟且成本较低,所以未来还有较大的市场。包括比克电池、LG化学都表示,旗下4680大圆柱电池将于2023年启动批量生产,究竟能不能实现我们拭目以待。

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