新年伊始，動力電池行業(yè)迎來了第一波熱潮——大圓柱電池。

眾多企業(yè)發(fā)布了有關大圓柱電池的新消息：

1月28日，比克電池宣布在常州投資130億元建設大圓柱電池項目，這也是常州首個大圓柱電池項目。

同樣是1月28日消息，據(jù)TheElec報道，通用汽車正在考慮在其電動汽車中使用圓柱形電池而非軟包電池。其未來的新電動汽車平臺上將支持使用類似4680規(guī)格的大圓柱電池，但具體規(guī)格尚未有新消息流出。這一選擇導致與LG新能源就兩家合資企業(yè)Ultium Cells計劃建設第四家工廠的談判被推遲。

1月24日，特斯拉表示擴建內(nèi)華達州超級工廠，新建兩個工廠，其中一個為4680電池工廠，規(guī)劃年產(chǎn)能100GWh，適配150萬輛輕型車。

1月18日，億緯鋰能發(fā)公告稱擬與曲靖市政府、曲靖經(jīng)開區(qū)管委會簽訂投資協(xié)議，投資建設“年產(chǎn)23GWh圓柱磷酸鐵鋰儲能動力電池項目”，項目總投資約55億元，固定資產(chǎn)投資約45億元。2月1日，該項目宣布正式啟動，將建設高性能鋰離子電池生產(chǎn)線6條，預計2023年11月建成投產(chǎn)。

更早之前，寶馬集團曾于去年宣布將從2025年起將率先在Neue Klasse新世代電動專屬平臺中使用圓柱電池，并在今年1月的CES展上展出了其第六代“Gen6”圓柱電池。

無論是整車還是電池領域，進入2023年，多家企業(yè)都在布局大圓柱電池。大圓柱電池在加速到來？

特斯拉加碼大圓柱電池

由特斯拉帶火的大圓柱電池毫無疑問站在了新的風口。

日前，在特斯拉2022四季度財報電話會議上，特斯拉CEO埃隆·馬斯克指出，4680電池在去年年底達到了每周1000輛車的生產(chǎn)速度，目前正計劃將4680電池的產(chǎn)能再增加1億千瓦時。

“我們的長期目標，是讓內(nèi)部生產(chǎn)的電池遠遠超過10億千瓦時，并繼續(xù)使用其他電池供應商。同時使用供應商和內(nèi)部生產(chǎn)的電池，可以讓特斯拉更快地擴展規(guī)模。”馬斯克說。

目前，特斯拉得州超級工廠布局了四條4680電池生產(chǎn)線，一條已經(jīng)投產(chǎn)，其余三條處于調(diào)試和安裝階段。在去年年底，特斯拉在加州的試點工廠實現(xiàn)了一周生產(chǎn)86.8萬個4680電池電芯的重大突破，單周產(chǎn)量可以供應約1000輛特斯拉Model Y。

“而且我們有一個很棒的計劃，讓4680電池的成本變得很低，而能量密度很高。”馬斯克在電話會議上說。

據(jù)特斯拉以往的相關介紹，其大圓柱電池能量密度提高5倍，功率提高6倍，可使車輛續(xù)駛里程增加16％。因而隨著特斯拉加碼4680電池的消息發(fā)布，相關概念股大幅走高。1月30日，芳源股份、東方電熱、聯(lián)贏激光、寧波精達、斯萊克、億緯鋰能、當升科技、容百科技等紛紛大幅走高。

國產(chǎn)廠商快馬加鞭

特斯拉、松下、LG新能源等外資動力電池廠商之外，比克電池、億緯鋰能等國內(nèi)動力電池企業(yè)在大圓柱電池上也在快馬加鞭。

“國內(nèi)億緯鋰能、比克電池、寧德時代等廠商的大圓柱電池已在量產(chǎn)前夜，億緯鋰能預計將是國內(nèi)最早進入4680量產(chǎn)的廠商，2022年第四季度其4680產(chǎn)線已建成試產(chǎn)，預計今年下半年量產(chǎn)出貨。此外，包括國軒高科、蜂巢能源、力神電池等國內(nèi)其它電池企業(yè)也已布局大圓柱電池。”TrendForce集邦咨詢分析師曾佑鵬對記者說。

兩個月前，億緯鋰能發(fā)布了其第一代大圓柱鈉離子電池產(chǎn)品，電芯內(nèi)徑為40mm，高度135mm，正極采用了層狀氧化物材料，負極采用硬碳，能量密度為135Wh/kg，循環(huán)次數(shù)達到2500次。同時公司表示其46系列大圓柱鋰電池將在湖北荊門實現(xiàn)量產(chǎn)。

1月28日，比克電池生產(chǎn)基地落地常州，項目總投資130億元，將建設大圓柱電池產(chǎn)線及國際化研發(fā)中心，基地建成后總產(chǎn)能為30GWh。一期建設10GWh產(chǎn)能，共建3條大圓柱電池產(chǎn)線及國際化研發(fā)中心。

深圳比克動力電池有限公司副總裁樊文光對記者介紹，比克大圓柱目前主要有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，比克26系則以26105鋁殼電芯為主，目前處于B樣階段，應用于整車可達700公里以上續(xù)航，快充12分鐘以內(nèi)可達500公里續(xù)航，預計將于2024年量產(chǎn)，屆時能量密度將達290Wh/kg。

“比克在戰(zhàn)略性探索大尺寸圓柱的同時布局了全極耳技術。比克全極耳技術通過對結(jié)構(gòu)件的優(yōu)化設計，及生產(chǎn)設備和工裝夾具的配合，實現(xiàn)了比傳統(tǒng)圓柱電芯還要高效的工藝解決方案。經(jīng)測試，采用全極耳的電芯，比同體系傳統(tǒng)單極耳電芯的內(nèi)阻降低了70%以上。這意味著極高的功率輸入（充電）及輸出（放電），受到了國際客戶的廣泛認可。”樊文光說，“比克全極耳大圓柱電池同時突破了能量密度（續(xù)航）和快充兩大核心性能局限。一方面，憑借圓柱結(jié)構(gòu)，通過搭載高鎳正極、硅負極、摻硅補鋰等技術，能量密度可大大提升，為整車提供800公里以上的續(xù)航里程。另一方面，大圓柱電池能夠在保障安全和足夠的續(xù)航里程的基礎上，進一步提升快充性能，助力電動車使用體驗媲美燃油車。”

中國化學與物理電源行業(yè)協(xié)會動力電池應用分會秘書長張雨對記者表示，圓柱電池對Pack和BMS管理要求較高，此前國內(nèi)企業(yè)主要從成組優(yōu)勢上選擇方形電池較多，但近些年來隨著技術的快速發(fā)展，我國動力電池企業(yè)也在圓柱電池上有了很多儲備。

大圓柱風潮為何刮起？

整車企業(yè)方面，寶馬、Rimac、蔚來、江淮等車企均在大力布局46系大圓柱，其中寶馬在2022年9-10月分別與億緯鋰能、寧德時代、遠景動力達成46系大圓柱電池供貨協(xié)議，總規(guī)規(guī)模超110GWh。

曾佑鵬表示，車型選擇電池方案，主要是基于成本、安全、性能（續(xù)航、快充等）等要素的綜合考慮。大圓柱電池之所以受到青睞，首先是在成本方面，4680大圓柱電池較21700成本下降7%-8%，未來1~2年內(nèi)通過PPM的提升和良率改善，以及大規(guī)模量產(chǎn)制造，成本有望進一步下降10%-20%；在安全性方面，相比方形和軟包，大圓柱電池單顆電芯失效時為軸向爆破，降低了對相鄰電芯的影響，因此在單電芯失效時的故障降級能力具備優(yōu)勢；在性能方面，大圓柱更適配高鎳+硅基負極的高能量密度方案，快充和續(xù)航都能得到提升。此外，在量產(chǎn)制造方面，近期特斯拉宣布4680大型圓柱電池的量產(chǎn)已取得了重大突破，良率的極大改善有望極大地提振更多車企選擇大圓柱方案的信心。

“大圓柱可以被叫做‘六邊形選手’，它各方面的性能是最均衡的，比克認為，在未來，2025年到2035年左右，大圓柱電池會在中高端市場上占據(jù)絕對的統(tǒng)領地位。”樊文光說。

他進一步從產(chǎn)品性能、產(chǎn)業(yè)化難易程度上解釋了大圓柱電池的優(yōu)勢：

從產(chǎn)品性能上看，樊文光認為，圓柱電芯在目前幾種主流形態(tài)中安全性最高，高安全上限使得它可以支持更高能量密度的化學體系。同時，圓柱電芯單體體積小，便于熱管理，可以靈活利用異形空間，高度標準化的形態(tài)利于平臺化及迭代。

從產(chǎn)業(yè)化難易程度上看，樊文光指出，圓柱電池發(fā)展的歷史最長，標準化程度高，在業(yè)內(nèi)實現(xiàn)了較為統(tǒng)一的標準。同時，圓柱電芯生產(chǎn)的自動化水平也要比其他幾種電池要高，這就保證了圓柱電池生產(chǎn)的高效率、單體的一致性，另外也降低了生產(chǎn)成本及研發(fā)成本。

“（選擇圓柱電池）最終的目的是降本。在電池的三種形態(tài)中，圓柱電池先天性生產(chǎn)良率最高，損耗最低。以特斯拉為例，特斯拉將電池行業(yè)早期研發(fā)的一些技術從規(guī)劃化生產(chǎn)的角度應用起來，比如無極耳可以提高生產(chǎn)連續(xù)性，生產(chǎn)節(jié)拍快，單線的制造能力提升很快。從車企角度來說，大圓柱對降本是很明顯的，成組也更為簡單，比原來減少一半的電芯數(shù)量，復雜性降低，生產(chǎn)效率提升。”張雨表示，目前大圓柱電池的技術路線多元化發(fā)展，處于小批量上車觀察的階段；在綜合平衡性能與成本后，大圓柱電池有望大批量上車應用。

放量元年到來 還需跨越哪些挑戰(zhàn)？

中金公司研報指出，4680電池良率有望持續(xù)提升，國內(nèi)外各廠商迅速布局，2023年有望成為4680電池放量元年。

曾佑鵬判斷，4680大圓柱電池將最早規(guī)模化應用在特斯拉車型上，預計2023年特斯拉46系車型大圓柱電池開始上量（約20-30GWh），結(jié)合億緯鋰能、寧德時代、三星SDI、松下等廠商4680產(chǎn)線的量產(chǎn)進展，預計2024年左右有望迎來大圓柱電池超過100GWh的規(guī)模化應用。

樊文光指出，目前很多大型新能源車企，在未來5-10年，敲定了經(jīng)濟型采用方殼/刀片磷酸鐵鋰電池，中高端采用三元+硅大圓柱電池的路線。若保守預測2025年新能源車將突破2000萬輛，則對應的動力電池需求將超過1600GWh。其中，大圓柱電芯至少占30%以上的份額，也就是約480GWh，整體市場前景十分可觀。

他同時認為，大圓柱電池規(guī)模化拐點的到來，需要行業(yè)達成共識，全產(chǎn)業(yè)鏈共同發(fā)力，使大圓柱電池真正實現(xiàn)加速電動取代燃油進程的歷史使命。

“46系列大圓柱電池還屬于新開發(fā)的電池，接下來還需要在工藝等方面進一步提升。”張雨說。

樊文光則表示，大圓柱電池還需跨越四個層面的挑戰(zhàn)。

第一是工藝，大圓柱電池工藝雖然更加簡潔高效，但實際上幾乎對每道工序都提出了更高的技術要求。“完美的焊好幾百幾千電芯不算什么挑戰(zhàn)，難的是成百上千萬甚至上億支電芯，幾十億次的焊接，都要保證在一個很小的范圍內(nèi)波動，才能使電芯一致性和可靠性達到要求。”他說。

第二是原材料。圓柱電芯的尺寸越大，意味要卷繞更多圈的極片，而且要保證每圈極片都要平行而且對齊，這些因素需要從電極的配方原材料開始考慮。如何改善正負極材料本身的加工性，以及提高箔材和隔膜的抗拉性等，都對上游材料供應商提出新的挑戰(zhàn)。

第三，“雙碳”目標下，低碳甚至零碳的工廠已逐漸成為標配。這要求企業(yè)使用回收材料，提高生產(chǎn)效率，使用清潔能源等。值得一提的是，圓柱電芯的高度標準化以及形態(tài)的對稱性，使得無論是梯次利用或電池回收都更具優(yōu)勢。

“目前大圓柱電池規(guī)模化應用的挑戰(zhàn)，一方面來自制造方面，如良率的快速提升和降本的速度，另一方面則來自消費端，也就是中高端車型電動化率的進一步提升。”曾佑鵬補充道，“4680大圓柱電池主要應用于中高端乘用車型，而目前25萬及以上的中高端車型電動化滲透率已接近40%，較高的滲透率水平下，進一步提升市場滲透率面臨的挑戰(zhàn)更大”。