出品丨搜狐汽车·汽车咖啡馆
作者丨韦燕玲
(相关资料图)
越来越多的车企抛出了对大圆柱电池的橄榄枝。
据不完全统计，自2020年特斯拉官宣4680大圆柱电池的技术路线之后，目前已经有宝马、沃尔沃、Stellantis、蔚来汽车、大运汽车、江淮汽车、保时捷、岚图等国内外主机厂陆续宣布旗下车型将支持大圆柱系列电池。
而在上游，动力电池厂商们也纷纷布局大圆柱电池。宁德时代、亿纬锂能、远景动力等国内头部厂商都已经拿下不少46系列大圆柱电池订单，LG新能源、松下、三星SDI等国外龙头也在加紧布局4680电池产线。
据中金公司预测，到2025年，4680等大圆柱电池总装机量有望超180GWh，占动力电池总装机量约12.2%。
但4680电池从官宣至今，依然没有进入大规模量产阶段，并且还传出了电池原材料“减配“的消息。那么为何大圆柱电池会成为行业热潮？这又将会对整个产业链产生什么影响？
01 4680电池带火大圆柱路线 量产技术难度大
2020年9月23日，特斯拉在其电池日正式推出了4680电池，是其继18650电池、21700电池之后的第三代产品。相较于前一代电池，4680电池在能量方面提高5倍、续航里程提高16%、动力方面提高6倍、成本方面降低14%。
4680电池之所以“出道即巅峰”引来业界瞩目，主要是用大电芯、全极耳、干电极三大杀手锏，兼顾了成本效益与电池性能。
中国电池产业研究院院长吴辉认为，圆柱电池采用大电芯，单体比小圆柱电池要大5-6倍，系统集成难度相对较低，集成效率会更高； 并且其生产自动化程度高，标准比较统一，后期的能量密度也会较高，制造成本相对软包等也会低一些。
首先，4680电池相较于21700电池，电芯尺寸变大，直径从27mm变为46mm，高度从70mm变为80mm。更大的电芯意味着整个电池组中所需的电芯数量减少，能够有效减少电池包中电芯金属外壳占比，减少焊接数量等，有效减少了成本。
全极耳工艺则是指正负极材料的两侧边沿全部被作为正/负极，这可以显著增加电流通路，这使得4680电池的散热和热管理性能有所提升，进而具备15分钟内可将电池从0充至80%电量的快充能力。即续航600公里的车，充电10-15min就可以满足400-500公里的续航，能够大大缓解新能源汽车的充电焦虑。
干电极技术则是指不使用溶剂，直接将少量（大约占比5%～8%）细粉状PTFE与正极/负极粉末粘合，通过挤压机形成薄的电极材料带，再将电极材料带层压到金属箔集电体上形成成品电极，有助于达到更高的能量密度。
但4680电池的量产难度也非常大。
首先在生产设备方面，一方面4680电池对电池卷绕机的精度要求较高，但因为电芯体积较大，对齐也更加困难。而全极耳技术因为多了集流体黏附工艺，也是全新的挑战。
其次，特斯拉提出的干电极技术相比传统的湿法技术，干法电极成膜的均匀度和一致性更难控制，而电动汽车电池的电极又较大较厚，因此生产的难度更高。
除此之外，4680电池还出现了被认为是“减配”量产的问题。
此前，特斯拉曾表示4680电池的负极将采用碳化硅材料以提高能量密度，但当前碳化硅材料仍然存在成本过高且供给不足等问题，因此这在现阶段只是空头支票。
2022年8月，美国的The Limiting Factor技术机构在拆解特斯拉4680电池时发现其负极材料中仅包含石墨，并不含硅材料。这也证实了现阶段的4680电池并没有采用碳化硅新材料，所以现阶段的4680在一定程度上还只是减配版本。
但近期特斯拉在4680电池干电极技术方面似乎取得了突破。
据外媒，近日美国专利商标局授予了特斯拉电池干电极领域四项专利，其中包括干电极薄膜和微颗粒非纤维性黏结剂、新型电极黏结剂、储能设备的金属元素和碳混合物及制备3-r-1,4,2-二恶唑-5-酮化合物的方法等。
并且最近特斯拉在得州的超级工厂安装了两台巨大的压力机，外界认为这两台机器极有可能被用来进行干法电极的生产。
02进入大规模量产前夜 车企、电池厂持续加码
2020年正式亮相之后，特斯拉就在其加州的弗里蒙特工厂进行试制4680电池，目前电池的良品率已经从最开始的20%升至92%，并在2022年开始了小批量交付。
据特斯拉2022年第四季度财报，加州弗里蒙特工厂的4680电池产能已经大幅提升，目前每周可生产86.8万颗电芯，足够装备1000多辆电动汽车。
此外，今年1月特斯拉又宣布将投资36亿美元（约合人民币245.85亿元）扩建美国内华达州工厂的生产设施和产能，并将重点生产内部的 4680 电池和特斯拉Semi卡车。
当然，仅靠特斯拉自己的工厂产能显然是无法满足其整车生产的需求的，因此其电池供应商们也在紧锣密鼓地推进4680电池产线。
据外媒报道，松下预计最快于2023年3月在日本和歌山县工厂量产4680电池，给特斯拉批量供货；并且规划在 2025 年 3 月之前投资 6000 亿日元（约合人民币309.9亿元）在堪萨斯州建立电池厂生产4680电池。
LG新能源方面，其新建的4680圆柱电池生产线，将于2023年下半年开始投产，年产能可达到9GWh。此外，三星SDI也正在韩国天安为特斯拉建立4680电池测试产线。
马斯克在近期的电话会议上表示，特斯拉内部4680电池的长期产能目标是超过1000GWh。
据中金研报，特斯拉率先应用4680电池将在行业内起到示范效应，并成为电池技术发展的一条结构主线，今年极有可能将会成为4680电池规模化量产的元年。
特斯拉将4680电池带入规模量产的前夜，也加速了整个行业对于大圆柱电池的布局。目前来看，确实有不少整车厂、电池厂商已经在快速跟进。
据不完全统计，宝马、戴姆勒、保时捷、大众等外资车企均官宣了将采用大圆柱电池技术路线，预计在未来2年内，大圆柱电池将会陆续登陆旗下车型。
其中宝马已经与宁德时代、亿纬锂能、远景动力达成协议，后者将在2025年正式为其供货46系列的大圆柱电芯。
就在上月，外媒还报道称，过去一直使用LG新能源供货的软包电池的通用汽车或将转向大圆柱电池，甚至一度因为此事搁置了与LG新能源在美国建立第四家联合电池工厂的计划。
而一汽、江淮、东风岚图、小鹏、蔚来等国内主机厂们也释放出了对大圆柱电池的兴趣。
国内电池企业方面，最早进行大圆柱电池研究的是比克电池。 2016年，比克电池就进行了大圆柱电池全极耳技术研发，今年1月28日比克电池大圆柱电池生产基地正式落户常州。
蜂巢能源在2021年4月上海车展上也曾公布过一款23Ah的4680三元锂电池产品，但量产时间暂不明朗。
去年12月底，亿纬锂能发布了其第一代钠离子电池产品，封装方式同样采用大圆柱形态，并且亿纬锂能还表示其46系列大圆柱锂电池将在湖北荆门实现量产。
而国轩高科也在去年12月亮相了其首款46系列大圆柱电池产品，其电芯能量密度达到了310Wh/Kg，常温下18分钟能快速充电至80%。
除此之外，宁德时代、远景动力、力神电池等厂商也在规划其大圆柱电池产线，预计在未来2年内进行量产。
03大圆柱电池市场份额持续上升 产业链企业迎新增长
比克电池副总裁樊文光指出，预计在未来5-10年内，不少新能源车企将会在其经济车型上采用方形或者刀片磷酸铁锂电池，中高端车型采用大圆柱三元电池。
他表示，保守预测，到2025年大圆柱电芯至少占整个市场30%以上的份额，市场前景较为可观。
随着4680电池等大圆柱电池装机量攀升，预计产业链上下游的诸如原材料、零部件以及加工设备的需求也会大幅增长。
其中重点涉及到高镍正极、硅碳负极、电解液中的新锂盐LiFSI、导电剂材料中的单壁碳纳米管CNT、大圆柱结构件以及激光膜切设备、涂布机、卷绕机高速激光制片机、焊接设备、中段装配设备等。
目前高镍三元材料产业链企业龙头股为当升科技，2021年，当升科技公司实现净利润10.91亿，同比增长183.45%，近五年复合增长为44.51%；毛利率18.24%。2020年，当升科技高镍三元正极材料产能占比达77.8%，国内出货量第一。而国轩高科、亿纬锂能、丰元股份、宁德时代等也都是高镍三元正极材料的龙头上市企业。
硅基负极方面，杉杉股份是目前市场上少数具备硅基负极规模化量产能力的负极材料企业。
新型锂盐LiFSI方面，天赐材料则是行业龙头，目前天赐材料LiFSI装置目前已达到稳定生产状态，达到年产4000吨水平。
在生产设备方面，逸飞激光、互赢科技、铂纳特斯等都是4680大圆柱电池关键上游企业。
