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  • 業界大圓柱電池有望于2023年迎來產業化臨界點
    2022-04-07 來源:《電氣技術》  |  點擊率:
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    導語基于動力電池高安全、性價比、長續航、長壽命、快充等需求金字塔判斷,大圓柱電池是未來5~10年內中高端電動車的最優解。

    日前,億緯鋰能發布消息稱將在匈牙利建立動力電池制造廠,將用于生產一種新型圓柱形動力電池。結合億緯鋰能近兩年的產品布局情況,業內推測這一新型圓柱形動力電池大概是其研發的大圓柱動力電池。

    相較于上一代2170圓柱電池,4680大圓柱電池采用更大的46mm×80mm電芯,并采用內阻更小的無極耳技術,使得4680在2170的基礎上能量提升5倍、里程提高16%、功率提高6倍、生產成本下降14%。大圓柱電池延續了圓柱電池一致性高、安全性好,兼容高能量密度材料和高電壓快充系統的特點,同時電芯大型化還帶來了成組效率高、BMS難度低和高電壓平臺適配性等優點,是解決新能源汽車里程焦慮的重要技術路線。

    基于動力電池高安全、性價比、長續航、長壽命、快充等需求金字塔判斷,大圓柱電池是未來5~10年內中高端電動車的最優解。據高工鋰電數據,到2025年大圓柱電芯預計會占30%以上的份額(約480GW·h),這已經超過2021年全球動力電池的總需求量。目前,有很多大型新能源車企,在未來5~10年計劃經濟型采用方殼/刀片磷酸鐵鋰電池,中高端采用三元+硅大圓柱電池的布局。

    在應用端,特斯拉、保時捷、江淮、東風嵐圖等乘用車企相繼釋放出明確的大圓柱電池應用信號。在供應端,LG、松下、比克、寧德時代、億緯鋰能、國軒高科、蜂巢能源、力神等電池企業積極跟進包括4680在內的大圓柱電池。隨著全極耳技術的突破,三元/鐵鋰技術并行等技術的成熟,大圓柱電池在性能、成本、安全方面優勢愈發明顯。在國內外電池企業及供應鏈環節合力助推下,大圓柱電池有望迎來產業化臨界點,即于2023年啟動規模化量產。

    國外企業方面,特斯拉早在2020年就已官宣大圓柱電池為其主要技術路線,并將4680作為標準尺寸。2022年2月,特斯拉4680電池產量已突破百萬。目前,特斯拉規劃在美國加利福尼亞州、得克薩斯州、內華達州以及德國柏林的四個超級工廠自產4680電池。按照此前規劃,其4680電池的年產量將在2022年達到100GW·h、在2030年達到3TW·h。

    全極耳設計可縮短電子傳輸路徑,降低電池內阻

    電芯大型化是特斯拉降本增效的重要手段之一,通過做大電芯、無極耳設計、硅負極材料、干電極工藝制造工藝等材料、技術創新及工藝變革,特斯拉實現了圓柱電池安全、性能的最優解。特斯拉明確表示將4680大圓柱電池用于高端長續航乘用車,并在Semi卡車和Cybertruck上使用4680電池。

    作為特斯拉圓柱電池主力供應商,松下是大圓柱電池的忠實擁躉者。近期,位于日本和歌山縣的松下工廠正在引進2條產線,計劃2022年小批量生產4680大圓柱電芯,2023年開始大規模生產,年產能約10GW·h,約可滿足15萬輛汽車的電池需求。

    據稱,LG新能源目前已完成4680電池的樣品開發,并在韓國梧倉工廠規劃擴建4680電池產能,計劃于2022~2023年實現量產;以色列公司Storedot則在2021年9月宣布生產出第一款4680電池,計劃2024年實現量產;三星SDI也計劃2024年實現量產。

    國內企業方面,億緯鋰能已經布局了4680與4695兩大型號電池,規劃了200GW·h大圓柱與方形電池產能,預計2022年建成,其大圓柱材料已經做到鎳9系的極致水平。有消息顯示,在標準化電芯的4680方面,億緯鋰能目前共公布過兩款產品,一款已于去年4月的上海車展亮相,另一款是由色列公司StoreDot設計、億緯鋰能負責生產,規劃量產時間是2024年;而4695可能是針對車企的定制化產品。據公告顯示,其在湖北荊門計劃投產20GW·h年產能的三元大圓柱電芯產線有望于2024年底開始供貨。

    圓柱的弧形表面一定程度抑制了側向熱傳遞

    據悉,寧德時代目前量產了兩款大圓柱電池,尺寸都是34mm×200mm,并根據該尺寸制造了兩款不同的磷酸鐵鋰電池,分別用于宏光MINI和QQ冰淇淋兩款車型中。有消息稱,寧德時代也在開發一個4680的電池項目,但具體信息尚不清楚;國軒目前已經應用了幾款區別于2170和18650的大圓柱電池,尺寸為32mm×135mm,電量覆蓋38~50Wh,搭載應用于江淮、思皓、奇瑞等多款車型。國軒高科曾于2021年8月透露了部分關于4680圓柱電池的信息,細化到了結構件設計,但是具體會應用哪些技術,是否有相應產能布局,目前尚未可知。

    比克電池46系列大圓柱電池高度從80~120mm不等,能量密度可達到275~300Wh/kg,計劃2022下半年實現小批量量產,2023年實現規模量產,預計未來幾年將產能擴充至80GW·h。據稱,比克26105鋁殼電芯目前已處于B樣階段,能量密度270Wh/kg,功率密度大于2000W/kg,可實現700公里以上續航,快充12分鐘可續航500公里,純快充循環壽命800次以上。據悉,比克將于2024年量產能量密度達285Wh/kg的電芯。

    蜂巢能源曾在2021年上海車展上展出過一款23Ah的4680電池,NCM正極,規劃能量密度235Wh/kg,循環壽命高于1200次,用于純電動汽車;力神曾在2021年上海車展上也展出過相應樣品,目前尚未知悉進行到哪一階段;遠景AESC也有4680電池布局,目前尚在實驗驗證階段。

     

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