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产品量产提上日程 崭露头角的大圆柱电池能否成为下一个热点?

2021-04-14 浏览次数:1,930 次 中国汽车报

近日,比克电池召开媒体沟通会,分享了4680(直径46mm,高80mm)大圆柱动力电池技术的最新进展及未来产品规划。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。

去年,特斯拉就在其电池日上亮相了一款全新的4680大圆柱电池,让这类型产品开始在行业内崭露头角。

如今在国内市场,比克电池领先一步推广4680大圆柱电池的举动颇为引人关注。它是这家企业准备“翻红”的秘密武器,还是整个行业的众望所归?

♦ 大圆柱电池迎来量产

4月7日,受益于年底前开始研发特斯拉4680大圆柱电池的消息利好,美国CBAK能源科技有限公司(以下简称“CBAK”)股价盘后拉升,涨幅接近17%

在2020年特斯拉电池日上,该公司首席执行官马斯克展示了4680大圆柱电池新品,当时引起了不小的轰动。据悉,相比2170(直径21mm,高70mm)电池,特斯拉4680大圆柱电池直径更长、高度更高,同时由于电芯容量变大及采用无模组设计,其仅由约950个电芯组成,能量密度则提升至300kWh/kg,并且减少约370个零件,减轻了整体重量、可提升生产速度。

除前文提及的CBAK外,松下官方宣布将于今年下半年在特斯拉美国内华达州超级工厂量产4680大圆柱电池。LG化学则计划2023年为特斯拉生产4680大圆柱电池。

我国动力电池企业在这个领域也开始发力。比克电池高调公布了4680大圆柱电池技术和量产计划。蜂巢能源董事长兼首席执行官杨红新在接受《中国汽车报》记者采访时表示,该公司今年也将切入大圆柱电池领域。今年再早些时候,CBAK宣布已与江淮汽车签署了一项为期3年的联合产品开发战略协议,其中包括4680大圆柱电池及电池组。

♦ 无(全)极耳技术助力“出圈”

动力电池电芯目前基本上分为圆柱、软包及方形三类。近两年,圆柱电池的装机率有所回升。数据显示,2020年,国内新能源汽车动力电池装机量62.85GWh,同比微增1%。其中,虽然方形电池仍是主力,但圆柱电池装机量达8.35GWh,同比骤增101.9%,成为惟一实现同比增长的产品类型。

新能源汽车行业独立研究者曹广平表示,电芯形状是由内部材料体系的特性及整车的用电需求共同决定的。圆柱电池卷绕工艺成熟、成本低,但芯内热量不易散出,热管理设计及效果稍差,且成组后体积能量密度稍低。

不过,无极耳(全极耳)技术的突破,让4680大圆柱电池极大改善了散热性能。据介绍,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,动力电池主要发热部件得以去除,内阻减少,热稳定可控性更高。

2020年5月,特斯拉正式披露“无极耳”电池专利,其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。

无极耳技术是4680大圆柱的前提,极耳的数量和位置分布对电池内部的电流分布和温升产生显著的影响,直接决定电池放电效率。“基于在圆柱电池领域的多年研发、生产经验,我们已提前布局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,形成了独有的全极耳技术路线。”比克电池首席科学家林建博士对记者说。

♦ 降成本是主要动因

“降成本仍然是4680大圆柱电池受到关注的重要原因。”曹广平认为,圆柱电池由于技术相当成熟且成本较低,所以未来还有较大的市场。此外,电芯尺寸增大了,在电池包中数量就可以减少,BMS的成本也将随之降低。

“比克电池在多年前就已看清趋势,认识到在圆柱电池领域,单体的尺寸肯定越做越大。”林建表示,相比于传统的小圆柱产品,4680大圆柱电池能有效提高电池系统的整体空间利用率,减少结构件的使用和生产工序,降低成本,同时兼顾能量密度、输出功率、安全等性能。因此,它将逐步成为圆柱电池技术发展的主要趋势。

根据特斯拉公布的数据,4680大圆柱电池的能量密度可提升5倍,续驶里程可提升16%,输出功率可提升6倍,成本可降低14%。

在杨红新看来,4680大圆柱电池电芯的生产工艺将发生变化,可实现更快速度的大规模生产,使产出成倍增加。这就为大圆柱电池找到了一个可以与方形、软包电池竞争的突破口——标准化模块能够随意拓展,因为它很小,可灵活布置,同时电池包内的电芯数量大幅减少,平台可拓展性非常好,同时将大幅降低制造成本。“找到这个突破口后,大圆柱电池的市场前景很广阔。作为行业新生力量,我们就希望找到这样一个‘蓝海’,快速切入进去,把蜂巢能源的优势体现出来。”他说道。

由于历史原因,我国方形动力电池所占比重较大,圆柱电池应用式微。而现在,不少整车企业与供应商又将目光重新放在“升级”后的圆柱电池上。那么,大圆柱电池的到来能否改变整个行业的现有格局?

“目前动力电池技术百花齐放,应该说属于纯市场竞争。整车企业并不十分关心采用哪种形状的动力电池,只要技术路线的安全性好、成本低、性能高就会被采用。”一家不愿透露姓名的整车企业相关负责人直言。

曹广平认为,目前电芯内部结构及材料体系的发展仍处于多元化阶段,未来大的方向是固态类电池及锂硫、锂空电池等,固态电池目前也倾向于采用大电芯,不过不一定是圆柱电池。

杨红新指出,4680大圆柱电池找到了制造工艺和尺寸的突破口,在很多场景下的应用潜力较大,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%~30%。

“动力电池目前亟待突破的方向主要在于安全性、续驶里程、快充、成本及温度‘窗口’等,基于高镍三元+硅体系的大圆柱电池能够全面地解决上述问题。就行业整体而言,我们认为4680大圆柱电池的批量生产将于2023年启动,未来市场需求量预计会有1~2倍的增长。除乘用车外,特种车辆、航天、航海都是可以探索和拓展的应用领域。”林建表示。

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