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大圆柱电池后来居上?2030年全球车用需求将达1125GWh

编辑:张倩   浏览: 次  时间:2023-05-13

大圆柱电池后来居上?2030年全球车用需求将达1125GWh

12月26日,特斯拉方面证实,其位于加州弗里蒙特超级工厂的4680电池生产线已实现周产电芯86.8万枚,相当于可以支撑每周生产1000多辆新车。

此外,近日,为了研究创新极耳设计大圆柱形电池的特性、性能和整体潜力,一则使用真实商业化的全极耳大圆柱电池验证数字模型结论的文章,发表于老牌能源类顶级杂志《Journal of Power Sources》(SCI一区,IF:9.794)。电池网注意到,研究中使用专为汽车高性能应用设计的具有10Ah容量和最先进的LiNixMnyCozO2(NMC,x>0.8)阴极和SiOx-C阳极的圆柱形电池来参数化和验证建模框架,该电池由制造商深圳市比克动力电池有限公司直接提供。

从结论来看,该研究开发了一种基于大圆柱形电池的空间分辨热-电-电化学框架,实验应用的电池具有新颖的全极耳设计、最先进的高镍阴极和SiOx-C阳极,并在-20°C至65°C的宽温度范围内进行了广泛验证。此外,通过最佳的热管理,本文所研究的电池实现了不到12分钟从10%充电到80%SOC的快速充电时间,展示了成熟的全极耳大圆柱电池的巨大潜力。

生产速度提升、技术持续突破,一时间,4680大圆柱电池再次站上风口。

乘风起航 诸侯争霸

当前,新能源车推广速度不断提升,从终端需求来看,消费者也直面电池安全、里程焦虑、充电不便等诸多痛点,而大圆柱电池的高安全性,以及兼顾高能量和超级快充等优势,被认为是解决这些难题的最佳方案。

伊维经济研究院研究部总经理、中国电池产业研究院院长吴辉在《中国圆柱锂离子电池行业发展白皮书(2022年)》中分析,圆柱电池以其产品高度标准化和产线高度自动化等特征,在锂离子电池产品中具备较高的竞争力。

从产品型号来看,由18650到21700再到即将实现量产的4680,圆柱电池逐步向着更大的尺寸方向发展。尤其是以4680为代表的大圆柱,预计将在特斯拉的带动下在未来圆柱电池出货量中占有较高的比重。

电池网梳理发现,在整车领域,特斯拉、蔚来、宝马等多家车企已将目光投向4680等大圆柱电池。此外,跟随车企步伐,与特斯拉合作的松下、LG新能源、三星SDI,与宝马合作的宁德时代、亿纬锂能、远景动力已在推进4680圆柱电池产能建设。另有比克电池、蔚蓝锂芯、力神电池、国轩电池等电池厂商也在发力4680领域,随着技术的进步,预计未来还将有更多的车企与电池企业加码大圆柱电池领域。

吴辉指出,目前,在46系列大圆柱方面,全球范围内仅特斯拉和松下基本实现车用大圆柱的早期批量化生产;其次,LG、亿纬锂能、三星和宁德时代均计划在2023年实现量产;其他的企业包括比克电池等在大圆柱领域储备较多,拥有完善的中试线产品。

产能与目标悬殊 创新与突破持续

虽然大圆柱电池阵营头部电池厂众多,但产能速度远未达预期。

特斯拉自2020年对外发布46系列,对比年初产能数据,虽然目前弗里蒙特工厂的产能已提升到年初的约20倍,却仍与目标产能相差悬殊。

根据此前的规划,弗里蒙特工厂的4680电池年生产能力将达到10GWh,大概可以满足15万辆电动汽车的需求,但根据特斯拉最新公布的产能进度推算,该工厂的年产能只能满足4.8万辆电动汽车的需求;得州超级工厂的电池产能原规划年内将建成60GWh,但实际电池产能未知;德国柏林的工厂预计建成后达到20GWh,但在2022年9月,出于获取补贴和生产成本的考虑,特斯拉着手开始将德国的产线迁回美国本土。

吴辉分析,目前46系列大圆柱电池的工艺难点还是在全极耳技术,有较高的技术壁垒,尤其分切、注液、揉平和激光焊接等环节容易产生金属碎屑、焊渣、以及出现极耳一致性差等问题,从而使得大圆柱电池的良品率还相对较低。另外,下游车企验证46系列大圆柱产品也需要一定的时间,除了特斯拉批量使用之外,奔驰、宝马等企业也都处于验证阶段。下一步就是企业需要在工艺层面解决46系大圆柱生产中的问题,提高其良品率,进而真正的降低生产制造成本促进其在下游车企中的批量应用。

除了良品率及应用端的验证,大圆柱电池还需要加强技术工艺的改进提升。

值得注意的是,在技术创新方面,比克全极耳大圆柱电池同时突破了能量密度(续航)和快充两大核心性能局限。一方面,凭借圆柱结构,通过搭载高镍正极、硅负极、掺硅补锂等先进技术,能量密度可大大提升,为整车提供800公里以上的续航里程。另一方面,大圆柱电池能够在保障安全和足够的续航里程的基础上,进一步提升快充性能,其12分钟快充性能在上文介绍的《Journal of Power Sources》文章中也得到了验证,助力电动车使用体验媲美燃油车。

此外,对于布局大圆柱电池的企业,吴辉建议,要加强工艺的研发,提高产品的良品率,进一步降低成本。比如率先将良品率提升到传统的18系和21系的水平必定会领先竞争对手。

其次,大圆柱的优势是标准尺寸带来的生产效率的提升,电池企业应联合设备企业研究高速的自动化生产线,尤其是在大圆柱领域要尽量做到每个环节全自动化生产,让大圆柱电池的制造成本优势明显体现出来。

率先布局 未来可期

比克电池与特斯拉的无极耳概念类比,经过多年的探索,在2019年左右,形成了独有的全极耳技术路线。通过定向泄压技术,比克全极耳大圆柱电池可以做到整车层面零热扩散,保证电池包整体的安全和电池全生命周期品质的始终如一。

自2021年初在国内率先发布全极耳大圆柱电池至今,比克电池在大圆柱电池技术研发和市场化推进上持续领先,订单和意向客户持续增加。

产品方面,比克大圆柱电池目前主要有46系、3x系和26系等系列,电芯高度覆盖70mm到160mm。比克46系电芯去年开始陆续有样品批量交付,性能表现符合预期,依据8-15分钟的不同快充能力,目前电芯能量密度在280Wh/kg至330Wh/kg之间。比克26系则以26105铝壳电芯为主,目前处于B样阶段,应用于整车可达700公里以上续航,快充12分钟以内可达500公里续航,预计将于2024年量产,届时能量密度将高达290Wh/kg。3x系则处于二者之间,是比克为了进一步综合优化性能、成本、系统设计等因素在开发的新平台。

除了产品和市场的规划,比克电池在产能扩充上也将迎来实质进展,未来几年,公司计划分两个阶段在海内外扩充80GWh的电池产能。同时,公司也将持续向碳中和目标迈进,打造零碳工厂,满足碳排放和碳足迹的需求,以行业领先水平为目标,持续减少碳排放,积极探索电池全生命周期碳中和路径。

作为国内率先量产高镍正极+硅负极材料体系的锂电企业,比克电池在化工原料、精密结构件和生产设备上有长期持续的技术布局。多年来,公司与容百科技、当升科技等众多国内供应链头部企业携手成长,建立了长期稳定的合作意向和彼此信任的合作关系。除此之外,公司还通过与合作伙伴们长期共同研发前沿技术和新型材料,在产业链当中形成了一定的技术牵引力。

与此同时,比克电池产业链布局也注重“软实力”,在基于数字化工厂解决方案、人工智能生产制造和管理方案,持续提升智能制造实力,同时布局零碳工厂方案,未来大圆柱生产基地也将采用100%绿电,力求在智能制造和绿色生产上更进一步。

吴辉指出,大圆柱电池解决了小圆柱单体容量小,成组效率低的问题,未来不光是在电动汽车,包括在家庭储能、小动力等领域也会大量的应用。随着布局大圆柱电池企业越来越多,未来市场前景可期。

“2030年,全球新能源汽车用动力电池预计将达到4500GWh”,吴辉预计,随着大圆柱制造工艺的逐步成熟,其标准的尺寸使得其生产线将高度自动化,加上其较高的能量密度使得其成本优势相比方形和软包将非常明显,按照2030年全球车用动力电池中25%的比例使用大圆柱,其市场需求量将达到1125GWh,以4680大概26Ah估算,将超过100亿只。如果叠加在储能和小动力中的需求量,将远超这一数据。

在技术创新“硬实力”和产业链布局“软实力”双重助力下,比克电池有望乘大圆柱行业发展东风,加速驶上发展快车道。

[责任编辑:张倩]
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