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大圓柱電池后來(lái)居上?2030年全球車(chē)用需求將達1125GWh

編輯:張倩   瀏覽: 次  時(shí)間:2023-05-13

大圓柱電池后來(lái)居上?2030年全球車(chē)用需求將達1125GWh

12月26日,特斯拉方面證實(shí),其位于加州弗里蒙特超級工廠(chǎng)的4680電池生產(chǎn)線(xiàn)已實(shí)現周產(chǎn)電芯86.8萬(wàn)枚,相當于可以支撐每周生產(chǎn)1000多輛新車(chē)。

此外,近日,為了研究創(chuàng )新極耳設計大圓柱形電池的特性、性能和整體潛力,一則使用真實(shí)商業(yè)化的全極耳大圓柱電池驗證數字模型結論的文章,發(fā)表于老牌能源類(lèi)頂級雜志《Journal of Power Sources》(SCI一區,IF:9.794)。電池網(wǎng)注意到,研究中使用專(zhuān)為汽車(chē)高性能應用設計的具有10Ah容量和最先進(jìn)的LiNixMnyCozO2(NMC,x>0.8)陰極和SiOx-C陽(yáng)極的圓柱形電池來(lái)參數化和驗證建?蚣,該電池由制造商深圳市比克動(dòng)力電池有限公司直接提供。

從結論來(lái)看,該研究開(kāi)發(fā)了一種基于大圓柱形電池的空間分辨熱-電-電化學(xué)框架,實(shí)驗應用的電池具有新穎的全極耳設計、最先進(jìn)的高鎳陰極和SiOx-C陽(yáng)極,并在-20°C至65°C的寬溫度范圍內進(jìn)行了廣泛驗證。此外,通過(guò)最佳的熱管理,本文所研究的電池實(shí)現了不到12分鐘從10%充電到80%SOC的快速充電時(shí)間,展示了成熟的全極耳大圓柱電池的巨大潛力。

生產(chǎn)速度提升、技術(shù)持續突破,一時(shí)間,4680大圓柱電池再次站上風(fēng)口。

乘風(fēng)起航 諸侯爭霸

當前,新能源車(chē)推廣速度不斷提升,從終端需求來(lái)看,消費者也直面電池安全、里程焦慮、充電不便等諸多痛點(diǎn),而大圓柱電池的高安全性,以及兼顧高能量和超級快充等優(yōu)勢,被認為是解決這些難題的最佳方案。

伊維經(jīng)濟研究院研究部總經(jīng)理、中國電池產(chǎn)業(yè)研究院院長(cháng)吳輝在《中國圓柱鋰離子電池行業(yè)發(fā)展白皮書(shū)(2022年)》中分析,圓柱電池以其產(chǎn)品高度標準化和產(chǎn)線(xiàn)高度自動(dòng)化等特征,在鋰離子電池產(chǎn)品中具備較高的競爭力。

從產(chǎn)品型號來(lái)看,由18650到21700再到即將實(shí)現量產(chǎn)的4680,圓柱電池逐步向著(zhù)更大的尺寸方向發(fā)展。尤其是以4680為代表的大圓柱,預計將在特斯拉的帶動(dòng)下在未來(lái)圓柱電池出貨量中占有較高的比重。

電池網(wǎng)梳理發(fā)現,在整車(chē)領(lǐng)域,特斯拉、蔚來(lái)、寶馬等多家車(chē)企已將目光投向4680等大圓柱電池。此外,跟隨車(chē)企步伐,與特斯拉合作的松下、LG新能源、三星SDI,與寶馬合作的寧德時(shí)代、億緯鋰能、遠景動(dòng)力已在推進(jìn)4680圓柱電池產(chǎn)能建設。另有比克電池、蔚藍鋰芯、力神電池、國軒電池等電池廠(chǎng)商也在發(fā)力4680領(lǐng)域,隨著(zhù)技術(shù)的進(jìn)步,預計未來(lái)還將有更多的車(chē)企與電池企業(yè)加碼大圓柱電池領(lǐng)域。

吳輝指出,目前,在46系列大圓柱方面,全球范圍內僅特斯拉和松下基本實(shí)現車(chē)用大圓柱的早期批量化生產(chǎn);其次,LG、億緯鋰能、三星和寧德時(shí)代均計劃在2023年實(shí)現量產(chǎn);其他的企業(yè)包括比克電池等在大圓柱領(lǐng)域儲備較多,擁有完善的中試線(xiàn)產(chǎn)品。

產(chǎn)能與目標懸殊 創(chuàng )新與突破持續

雖然大圓柱電池陣營(yíng)頭部電池廠(chǎng)眾多,但產(chǎn)能速度遠未達預期。

特斯拉自2020年對外發(fā)布46系列,對比年初產(chǎn)能數據,雖然目前弗里蒙特工廠(chǎng)的產(chǎn)能已提升到年初的約20倍,卻仍與目標產(chǎn)能相差懸殊。

根據此前的規劃,弗里蒙特工廠(chǎng)的4680電池年生產(chǎn)能力將達到10GWh,大概可以滿(mǎn)足15萬(wàn)輛電動(dòng)汽車(chē)的需求,但根據特斯拉最新公布的產(chǎn)能進(jìn)度推算,該工廠(chǎng)的年產(chǎn)能只能滿(mǎn)足4.8萬(wàn)輛電動(dòng)汽車(chē)的需求;得州超級工廠(chǎng)的電池產(chǎn)能原規劃年內將建成60GWh,但實(shí)際電池產(chǎn)能未知;德國柏林的工廠(chǎng)預計建成后達到20GWh,但在2022年9月,出于獲取補貼和生產(chǎn)成本的考慮,特斯拉著(zhù)手開(kāi)始將德國的產(chǎn)線(xiàn)遷回美國本土。

吳輝分析,目前46系列大圓柱電池的工藝難點(diǎn)還是在全極耳技術(shù),有較高的技術(shù)壁壘,尤其分切、注液、揉平和激光焊接等環(huán)節容易產(chǎn)生金屬碎屑、焊渣、以及出現極耳一致性差等問(wèn)題,從而使得大圓柱電池的良品率還相對較低。另外,下游車(chē)企驗證46系列大圓柱產(chǎn)品也需要一定的時(shí)間,除了特斯拉批量使用之外,奔馳、寶馬等企業(yè)也都處于驗證階段。下一步就是企業(yè)需要在工藝層面解決46系大圓柱生產(chǎn)中的問(wèn)題,提高其良品率,進(jìn)而真正的降低生產(chǎn)制造成本促進(jìn)其在下游車(chē)企中的批量應用。

除了良品率及應用端的驗證,大圓柱電池還需要加強技術(shù)工藝的改進(jìn)提升。

值得注意的是,在技術(shù)創(chuàng )新方面,比克全極耳大圓柱電池同時(shí)突破了能量密度(續航)和快充兩大核心性能局限。一方面,憑借圓柱結構,通過(guò)搭載高鎳正極、硅負極、摻硅補鋰等先進(jìn)技術(shù),能量密度可大大提升,為整車(chē)提供800公里以上的續航里程。另一方面,大圓柱電池能夠在保障安全和足夠的續航里程的基礎上,進(jìn)一步提升快充性能,其12分鐘快充性能在上文介紹的《Journal of Power Sources》文章中也得到了驗證,助力電動(dòng)車(chē)使用體驗媲美燃油車(chē)。

此外,對于布局大圓柱電池的企業(yè),吳輝建議,要加強工藝的研發(fā),提高產(chǎn)品的良品率,進(jìn)一步降低成本。比如率先將良品率提升到傳統的18系和21系的水平必定會(huì )領(lǐng)先競爭對手。

其次,大圓柱的優(yōu)勢是標準尺寸帶來(lái)的生產(chǎn)效率的提升,電池企業(yè)應聯(lián)合設備企業(yè)研究高速的自動(dòng)化生產(chǎn)線(xiàn),尤其是在大圓柱領(lǐng)域要盡量做到每個(gè)環(huán)節全自動(dòng)化生產(chǎn),讓大圓柱電池的制造成本優(yōu)勢明顯體現出來(lái)。

率先布局 未來(lái)可期

比克電池與特斯拉的無(wú)極耳概念類(lèi)比,經(jīng)過(guò)多年的探索,在2019年左右,形成了獨有的全極耳技術(shù)路線(xiàn)。通過(guò)定向泄壓技術(shù),比克全極耳大圓柱電池可以做到整車(chē)層面零熱擴散,保證電池包整體的安全和電池全生命周期品質(zhì)的始終如一。

自2021年初在國內率先發(fā)布全極耳大圓柱電池至今,比克電池在大圓柱電池技術(shù)研發(fā)和市場(chǎng)化推進(jìn)上持續領(lǐng)先,訂單和意向客戶(hù)持續增加。

產(chǎn)品方面,比克大圓柱電池目前主要有46系、3x系和26系等系列,電芯高度覆蓋70mm到160mm。比克46系電芯去年開(kāi)始陸續有樣品批量交付,性能表現符合預期,依據8-15分鐘的不同快充能力,目前電芯能量密度在280Wh/kg至330Wh/kg之間。比克26系則以26105鋁殼電芯為主,目前處于B樣階段,應用于整車(chē)可達700公里以上續航,快充12分鐘以?xún)瓤蛇_500公里續航,預計將于2024年量產(chǎn),屆時(shí)能量密度將高達290Wh/kg。3x系則處于二者之間,是比克為了進(jìn)一步綜合優(yōu)化性能、成本、系統設計等因素在開(kāi)發(fā)的新平臺。

除了產(chǎn)品和市場(chǎng)的規劃,比克電池在產(chǎn)能擴充上也將迎來(lái)實(shí)質(zhì)進(jìn)展,未來(lái)幾年,公司計劃分兩個(gè)階段在海內外擴充80GWh的電池產(chǎn)能。同時(shí),公司也將持續向碳中和目標邁進(jìn),打造零碳工廠(chǎng),滿(mǎn)足碳排放和碳足跡的需求,以行業(yè)領(lǐng)先水平為目標,持續減少碳排放,積極探索電池全生命周期碳中和路徑。

作為國內率先量產(chǎn)高鎳正極+硅負極材料體系的鋰電企業(yè),比克電池在化工原料、精密結構件和生產(chǎn)設備上有長(cháng)期持續的技術(shù)布局。多年來(lái),公司與容百科技、當升科技等眾多國內供應鏈頭部企業(yè)攜手成長(cháng),建立了長(cháng)期穩定的合作意向和彼此信任的合作關(guān)系。除此之外,公司還通過(guò)與合作伙伴們長(cháng)期共同研發(fā)前沿技術(shù)和新型材料,在產(chǎn)業(yè)鏈當中形成了一定的技術(shù)牽引力。

與此同時(shí),比克電池產(chǎn)業(yè)鏈布局也注重“軟實(shí)力”,在基于數字化工廠(chǎng)解決方案、人工智能生產(chǎn)制造和管理方案,持續提升智能制造實(shí)力,同時(shí)布局零碳工廠(chǎng)方案,未來(lái)大圓柱生產(chǎn)基地也將采用100%綠電,力求在智能制造和綠色生產(chǎn)上更進(jìn)一步。

吳輝指出,大圓柱電池解決了小圓柱單體容量小,成組效率低的問(wèn)題,未來(lái)不光是在電動(dòng)汽車(chē),包括在家庭儲能、小動(dòng)力等領(lǐng)域也會(huì )大量的應用。隨著(zhù)布局大圓柱電池企業(yè)越來(lái)越多,未來(lái)市場(chǎng)前景可期。

“2030年,全球新能源汽車(chē)用動(dòng)力電池預計將達到4500GWh”,吳輝預計,隨著(zhù)大圓柱制造工藝的逐步成熟,其標準的尺寸使得其生產(chǎn)線(xiàn)將高度自動(dòng)化,加上其較高的能量密度使得其成本優(yōu)勢相比方形和軟包將非常明顯,按照2030年全球車(chē)用動(dòng)力電池中25%的比例使用大圓柱,其市場(chǎng)需求量將達到1125GWh,以4680大概26Ah估算,將超過(guò)100億只。如果疊加在儲能和小動(dòng)力中的需求量,將遠超這一數據。

在技術(shù)創(chuàng )新“硬實(shí)力”和產(chǎn)業(yè)鏈布局“軟實(shí)力”雙重助力下,比克電池有望乘大圓柱行業(yè)發(fā)展東風(fēng),加速駛上發(fā)展快車(chē)道。

[責任編輯:張倩]
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