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大圓柱電池后來居上?2030年全球車用需求將達1125GWh

編輯:張倩   瀏覽: 次  時間:2023-05-13

大圓柱電池后來居上?2030年全球車用需求將達1125GWh

12月26日,特斯拉方面證實,其位于加州弗里蒙特超級工廠的4680電池生產線已實現周產電芯86.8萬枚,相當于可以支撐每周生產1000多輛新車。

此外,近日,為了研究創新極耳設計大圓柱形電池的特性、性能和整體潛力,一則使用真實商業化的全極耳大圓柱電池驗證數字模型結論的文章,發表于老牌能源類頂級雜志《Journal of Power Sources》(SCI一區,IF:9.794)。電池網注意到,研究中使用專為汽車高性能應用設計的具有10Ah容量和最先進的LiNixMnyCozO2(NMC,x>0.8)陰極和SiOx-C陽極的圓柱形電池來參數化和驗證建?蚣,該電池由制造商深圳市比克動力電池有限公司直接提供。

從結論來看,該研究開發了一種基于大圓柱形電池的空間分辨熱-電-電化學框架,實驗應用的電池具有新穎的全極耳設計、最先進的高鎳陰極和SiOx-C陽極,并在-20°C至65°C的寬溫度范圍內進行了廣泛驗證。此外,通過最佳的熱管理,本文所研究的電池實現了不到12分鐘從10%充電到80%SOC的快速充電時間,展示了成熟的全極耳大圓柱電池的巨大潛力。

生產速度提升、技術持續突破,一時間,4680大圓柱電池再次站上風口。

乘風起航 諸侯爭霸

當前,新能源車推廣速度不斷提升,從終端需求來看,消費者也直面電池安全、里程焦慮、充電不便等諸多痛點,而大圓柱電池的高安全性,以及兼顧高能量和超級快充等優勢,被認為是解決這些難題的最佳方案。

伊維經濟研究院研究部總經理、中國電池產業研究院院長吳輝在《中國圓柱鋰離子電池行業發展白皮書(2022年)》中分析,圓柱電池以其產品高度標準化和產線高度自動化等特征,在鋰離子電池產品中具備較高的競爭力。

從產品型號來看,由18650到21700再到即將實現量產的4680,圓柱電池逐步向著更大的尺寸方向發展。尤其是以4680為代表的大圓柱,預計將在特斯拉的帶動下在未來圓柱電池出貨量中占有較高的比重。

電池網梳理發現,在整車領域,特斯拉、蔚來、寶馬等多家車企已將目光投向4680等大圓柱電池。此外,跟隨車企步伐,與特斯拉合作的松下、LG新能源、三星SDI,與寶馬合作的寧德時代、億緯鋰能、遠景動力已在推進4680圓柱電池產能建設。另有比克電池、蔚藍鋰芯、力神電池、國軒電池等電池廠商也在發力4680領域,隨著技術的進步,預計未來還將有更多的車企與電池企業加碼大圓柱電池領域。

吳輝指出,目前,在46系列大圓柱方面,全球范圍內僅特斯拉和松下基本實現車用大圓柱的早期批量化生產;其次,LG、億緯鋰能、三星和寧德時代均計劃在2023年實現量產;其他的企業包括比克電池等在大圓柱領域儲備較多,擁有完善的中試線產品。

產能與目標懸殊 創新與突破持續

雖然大圓柱電池陣營頭部電池廠眾多,但產能速度遠未達預期。

特斯拉自2020年對外發布46系列,對比年初產能數據,雖然目前弗里蒙特工廠的產能已提升到年初的約20倍,卻仍與目標產能相差懸殊。

根據此前的規劃,弗里蒙特工廠的4680電池年生產能力將達到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產能進度推算,該工廠的年產能只能滿足4.8萬輛電動汽車的需求;得州超級工廠的電池產能原規劃年內將建成60GWh,但實際電池產能未知;德國柏林的工廠預計建成后達到20GWh,但在2022年9月,出于獲取補貼和生產成本的考慮,特斯拉著手開始將德國的產線遷回美國本土。

吳輝分析,目前46系列大圓柱電池的工藝難點還是在全極耳技術,有較高的技術壁壘,尤其分切、注液、揉平和激光焊接等環節容易產生金屬碎屑、焊渣、以及出現極耳一致性差等問題,從而使得大圓柱電池的良品率還相對較低。另外,下游車企驗證46系列大圓柱產品也需要一定的時間,除了特斯拉批量使用之外,奔馳、寶馬等企業也都處于驗證階段。下一步就是企業需要在工藝層面解決46系大圓柱生產中的問題,提高其良品率,進而真正的降低生產制造成本促進其在下游車企中的批量應用。

除了良品率及應用端的驗證,大圓柱電池還需要加強技術工藝的改進提升。

值得注意的是,在技術創新方面,比克全極耳大圓柱電池同時突破了能量密度(續航)和快充兩大核心性能局限。一方面,憑借圓柱結構,通過搭載高鎳正極、硅負極、摻硅補鋰等先進技術,能量密度可大大提升,為整車提供800公里以上的續航里程。另一方面,大圓柱電池能夠在保障安全和足夠的續航里程的基礎上,進一步提升快充性能,其12分鐘快充性能在上文介紹的《Journal of Power Sources》文章中也得到了驗證,助力電動車使用體驗媲美燃油車。

此外,對于布局大圓柱電池的企業,吳輝建議,要加強工藝的研發,提高產品的良品率,進一步降低成本。比如率先將良品率提升到傳統的18系和21系的水平必定會領先競爭對手。

其次,大圓柱的優勢是標準尺寸帶來的生產效率的提升,電池企業應聯合設備企業研究高速的自動化生產線,尤其是在大圓柱領域要盡量做到每個環節全自動化生產,讓大圓柱電池的制造成本優勢明顯體現出來。

率先布局 未來可期

比克電池與特斯拉的無極耳概念類比,經過多年的探索,在2019年左右,形成了獨有的全極耳技術路線。通過定向泄壓技術,比克全極耳大圓柱電池可以做到整車層面零熱擴散,保證電池包整體的安全和電池全生命周期品質的始終如一。

自2021年初在國內率先發布全極耳大圓柱電池至今,比克電池在大圓柱電池技術研發和市場化推進上持續領先,訂單和意向客戶持續增加。

產品方面,比克大圓柱電池目前主要有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有樣品批量交付,性能表現符合預期,依據8-15分鐘的不同快充能力,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公里以上續航,快充12分鐘以內可達500公里續航,預計將于2024年量產,屆時能量密度將高達290Wh/kg。3x系則處于二者之間,是比克為了進一步綜合優化性能、成本、系統設計等因素在開發的新平臺。

除了產品和市場的規劃,比克電池在產能擴充上也將迎來實質進展,未來幾年,公司計劃分兩個階段在海內外擴充80GWh的電池產能。同時,公司也將持續向碳中和目標邁進,打造零碳工廠,滿足碳排放和碳足跡的需求,以行業領先水平為目標,持續減少碳排放,積極探索電池全生命周期碳中和路徑。

作為國內率先量產高鎳正極+硅負極材料體系的鋰電企業,比克電池在化工原料、精密結構件和生產設備上有長期持續的技術布局。多年來,公司與容百科技、當升科技等眾多國內供應鏈頭部企業攜手成長,建立了長期穩定的合作意向和彼此信任的合作關系。除此之外,公司還通過與合作伙伴們長期共同研發前沿技術和新型材料,在產業鏈當中形成了一定的技術牽引力。

與此同時,比克電池產業鏈布局也注重“軟實力”,在基于數字化工廠解決方案、人工智能生產制造和管理方案,持續提升智能制造實力,同時布局零碳工廠方案,未來大圓柱生產基地也將采用100%綠電,力求在智能制造和綠色生產上更進一步。

吳輝指出,大圓柱電池解決了小圓柱單體容量小,成組效率低的問題,未來不光是在電動汽車,包括在家庭儲能、小動力等領域也會大量的應用。隨著布局大圓柱電池企業越來越多,未來市場前景可期。

“2030年,全球新能源汽車用動力電池預計將達到4500GWh”,吳輝預計,隨著大圓柱制造工藝的逐步成熟,其標準的尺寸使得其生產線將高度自動化,加上其較高的能量密度使得其成本優勢相比方形和軟包將非常明顯,按照2030年全球車用動力電池中25%的比例使用大圓柱,其市場需求量將達到1125GWh,以4680大概26Ah估算,將超過100億只。如果疊加在儲能和小動力中的需求量,將遠超這一數據。

在技術創新“硬實力”和產業鏈布局“軟實力”雙重助力下,比克電池有望乘大圓柱行業發展東風,加速駛上發展快車道。

[責任編輯:張倩]
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