12月26日,特斯拉方面證實,其位于加州弗裏蒙特超級工廠的4680電(diàn)池生産線已實現周産電芯86.8萬枚,相當于(yú)可以支撐每周生産1000多輛新車。
此外,近日,爲了研究創新極耳設計大圓(yuán)柱形(xíng)電池的特性、性能和整體潛力,一則使用真實商(shāng)業化的全極耳大圓柱電池(chí)驗證數字模型結論的文(wén)章,發表于老牌(pái)能源類頂級雜(zá)志《Journal of Power Sources》(SCI一區,IF:9.794)。電池網注意到,研究中使用(yòng)專爲汽車(chē)高性能應用設計的(de)具有10Ah容量和最先(xiān)進(jìn)的LiNixMnyCozO2(NMC,x>0.8)陰極和SiOx-C陽極的圓(yuán)柱形電池來參數化(huà)和驗證建模框架,該電池由制造商深圳市比克(kè)動力電池有限公司直(zhí)接提供。
從結論來看,該研(yán)究開發(fā)了一種基于大圓柱形電池的空間分(fèn)辨熱-電-電(diàn)化學框架(jià),實驗應用(yòng)的電池具有新穎的全極耳設計、最(zuì)先(xiān)進的高鎳陰(yīn)極和SiOx-C陽極,并在-20°C至65°C的寬溫度範(fàn)圍内進行(háng)了廣泛驗證。此外,通過最佳的熱管(guǎn)理,本文所研究的(de)電池實現了不到12分鍾從10%充電到80%SOC的(de)快速充電時間,展示了(le)成熟的全(quán)極耳大圓柱電池的巨大潛力。
生産速度提升、技術持續突破,一時間,4680大圓(yuán)柱電池再次站上風口。
乘風起航 諸侯争霸
當前,新能(néng)源(yuán)車推廣速度不斷提升,從終端需(xū)求來看,消費者也直面電池安全(quán)、裏程焦慮、充電不便等諸多痛點,而大(dà)圓柱電池的高安全性(xìng),以及兼顧高能量和超級快充等優勢,被認爲是(shì)解決這些難題的最佳方案。
伊維經濟研究院研究(jiū)部總經理、中國電池産業研究院院長吳輝在《中國圓柱锂離子電池行業發展白皮(pí)書(2022年)》中(zhōng)分析,圓柱電池以其産品高度标準化和産線高度自動化等特征,在锂離子電池産品中具備較高的競争力。
從産品型号(hào)來(lái)看,由(yóu)18650到21700再到即将實現量産的4680,圓柱電池逐步向着更(gèng)大的尺寸方向發展。尤其(qí)是以4680爲代表的大圓柱,預計将在特斯拉(lā)的帶動下在未來圓(yuán)柱電池出貨量中占(zhàn)有較高的比重。
電池網梳(shū)理發現,在(zài)整車領域,特斯拉、蔚來(lái)、寶馬等多家車(chē)企已将目光投向(xiàng)4680等大(dà)圓柱電池。此外,跟随車企步伐,與特斯拉合作的松下、LG新能源、三星SDI,與寶馬合作的(de)甯(níng)德時代、億緯锂(lǐ)能、遠景動力已在推進4680圓柱電池産能建設。另有比克(kè)電池、蔚藍锂芯(xīn)、力神電池、國軒電池(chí)等電池廠商也在發力4680領域,随着技(jì)術的(de)進步,預計未來還将有更多的車企與電(diàn)池企業加碼大圓柱電池領域。
吳輝指(zhǐ)出,目(mù)前,在46系列大圓柱(zhù)方面,全球範圍内僅特斯拉和松下基本實現車用大圓柱的早期批量化生産;其次,LG、億緯锂能、三星和甯德時代均計(jì)劃在2023年實現量産;其他的企業包括比克電池等在大圓柱領域儲備較多,擁有完善的(de)中試線産(chǎn)品。
産能與目标懸殊(shū) 創新與突破持續
雖然大圓柱(zhù)電池陣營頭部電池廠衆多,但産能速度(dù)遠未達預期。
特斯拉自2020年對外發布46系列,對比年初(chū)産能數據,雖然目前弗裏(lǐ)蒙特工廠(chǎng)的産能已提升到(dào)年初的約20倍,卻仍與目(mù)标産能相差懸(xuán)殊。
根(gēn)據此前的規劃,弗裏蒙特工廠的4680電池年生産能力将達到10GWh,大概可以滿足15萬輛電動汽車的需求,但根據特斯拉最新公布的産能進度推算,該工廠的年(nián)産能隻能滿足4.8萬(wàn)輛電動汽車的需(xū)求;得州超級工廠的電池産能原規劃年内将建成(chéng)60GWh,但(dàn)實際電池産能未(wèi)知;德國柏林的工廠預計建成後達到20GWh,但在2022年9月(yuè),出于獲(huò)取補貼和生産成本的(de)考(kǎo)慮,特斯拉着手開始将德國(guó)的産線遷回美國本土。
吳輝分析(xī),目前46系列大圓柱電池的工藝難(nán)點還是在全極耳技術,有較高的技術(shù)壁壘,尤其(qí)分切、注液、揉平和激光焊接等(děng)環節容易産生金屬碎屑、焊渣、以及出現極耳一緻(zhì)性差等問題,從(cóng)而使得大圓柱電(diàn)池的良品率還相對較低。另外,下遊車企驗證46系列大圓柱産(chǎn)品也需要一定的時間,除了特斯拉批量使用(yòng)之外,奔馳、寶馬等企業也都處于驗(yàn)證階段(duàn)。下一步就是企業需要在工藝層面解決46系大(dà)圓柱生産中的(de)問題,提高其良品率,進而真正(zhèng)的(de)降低生産制造成本促進其在下遊車企中的(de)批量應用。
除(chú)了良品率(lǜ)及應用(yòng)端的驗證,大圓柱(zhù)電池還需要加強技術工藝的改進(jìn)提升。
值得注意的(de)是,在技術創新方(fāng)面,比克全極耳大圓柱電池同時突破了能量密度(續(xù)航(háng))和快充兩大核心性能局限。一(yī)方面,憑借圓柱結構,通過搭載高鎳正極(jí)、矽負極、摻矽補(bǔ)锂等(děng)先進技術,能量密度可大大提(tí)升,爲整車提供800公(gōng)裏以上的續航裏程。另一方面,大(dà)圓柱電池能夠(gòu)在(zài)保障(zhàng)安全和足夠的續(xù)航裏程的基礎上,進一步提升快充性能,其12分鍾快(kuài)充性能在上文(wén)介紹的《Journal of Power Sources》文章中也得(dé)到了驗(yàn)證,助力電動車使用體驗媲(pì)美燃油車。
此外,對于布局大圓(yuán)柱電(diàn)池的企業,吳輝建議(yì),要加強工藝的(de)研發,提高産品的良品率,進一(yī)步降(jiàng)低成本。比如率先将良品率提升到(dào)傳統的18系和21系的水平必定會領先競争對手。
其次,大圓柱的優勢是标準尺寸帶來的生産效率的提(tí)升,電(diàn)池企業應聯合設備企業研究高速的自(zì)動化生産線(xiàn),尤其是在(zài)大圓柱領域要盡量做到每個環節全自動化生産,讓(ràng)大圓柱電池的制造成本(běn)優勢明顯體現(xiàn)出來。
率先布局 未來可期
比克電池與特斯拉的無極耳(ěr)概念類比,經(jīng)過多年的探索,在2019年左(zuǒ)右,形(xíng)成了獨有(yǒu)的全(quán)極耳(ěr)技術路線。通過定向洩壓技術,比克全極(jí)耳大(dà)圓柱電池可以做(zuò)到整車層面零熱(rè)擴散(sàn),保證電池包整體的安(ān)全和電(diàn)池全生命(mìng)周期品質的始終如一。
自2021年初在國内率先發布全(quán)極耳大圓(yuán)柱電(diàn)池至今,比克電(diàn)池在大圓柱電池技術研發和市(shì)場化推進上持續(xù)領先,訂單和意向客戶持續(xù)增加。
産品方面,比克大圓(yuán)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系電芯去年開始陸續(xù)有樣品批量交付,性能表現符(fú)合預期,依據8-15分鍾的不同快充能力,目前電芯能量密度在280Wh/kg至330Wh/kg之間。比克26系則以26105鋁(lǚ)殼(ké)電芯爲主,目前處于B樣階段,應用于整車可(kě)達700公裏以上續航,快充12分鍾以内可達500公裏續航,預計将于2024年(nián)量産,屆時能量密度将高達290Wh/kg。3x系則處于二者之(zhī)間,是比克爲了進一步綜(zōng)合優化性(xìng)能、成(chéng)本、系統設計等因素(sù)在開(kāi)發的新平台。
除了産品和市場(chǎng)的規劃,比克電池在産能擴充上也(yě)将(jiāng)迎來實質進展(zhǎn),未來幾年,公司計(jì)劃分兩個(gè)階段在海内外擴充80GWh的電(diàn)池産能。同時,公司也将持續向碳中和(hé)目标邁進,打造零(líng)碳工廠,滿(mǎn)足碳排放和碳足迹的需(xū)求,以行業領先(xiān)水平爲目标,持續(xù)減少碳排放,積極探索電池全生命周期碳中和路徑(jìng)。
作爲國内率先量産(chǎn)高鎳正極+矽負(fù)極材料體系的锂電企業,比克電池在化工原(yuán)料、精密結構件(jiàn)和生産設備上有長期持續的技術布局。多年(nián)來,公司與容百科技、當升科技等衆多國内供(gòng)應鏈頭(tóu)部企業(yè)攜手成長,建立了長期穩定的(de)合作意向和彼此信任的合作關系。除此之外,公司還通過與合作夥(huǒ)伴們長期共同研發前沿技術和新型材料(liào),在産業鏈當中形(xíng)成了一定的技術牽引力。
與此同時,比克電池産業鏈布局也注(zhù)重“軟實力”,在(zài)基于數(shù)字化工廠解決(jué)方案、人工智能生産制造(zào)和管理方案,持續提升智能制造實(shí)力,同(tóng)時布(bù)局零(líng)碳工廠方案,未(wèi)來大圓柱生産基地也将采用100%綠電,力求在智能制(zhì)造和綠色生産上更進一步。
吳輝指出,大圓柱電池解決(jué)了小圓柱單體容量小,成組效(xiào)率低的(de)問題,未來不(bú)光是在電動汽車(chē),包括在家庭儲能、小動力等領(lǐng)域也(yě)會大量的應用。随着布局大圓柱電池企業越來(lái)越多,未來市場(chǎng)前景可期。
“2030年,全球新能源(yuán)汽車用動力電池預計将達到4500GWh”,吳輝預計,随(suí)着大圓(yuán)柱制造工藝的逐步成熟,其标準的尺(chǐ)寸使得其生産線将高(gāo)度自動化,加(jiā)上其較高的能量密度使得其成本優勢相比方(fāng)形和軟包将非常明顯,按照2030年全球車用動力電池中25%的比(bǐ)例使用大圓柱,其市(shì)場需求量将達(dá)到1125GWh,以4680大概26Ah估算,将超過100億(yì)隻(zhī)。如果疊(dié)加(jiā)在儲能和小動力中的需求量,将遠超這(zhè)一(yī)數據。
在技術創新“硬實力”和産業(yè)鏈布局“軟實力”雙重助(zhù)力下,比克電池有望乘大圓(yuán)柱行業發展東風,加速駛上發展快(kuài)車道。