4680電池：2023年將成量產(chǎn)元年

 

4680電池再度成為焦點(diǎn)。

 

9月9日，寶馬集團(tuán)宣布，為了滿足“新世代”車(chē)型對(duì)電池的需求，將從2025年起率先在“新世代”車(chē)型中使用大圓柱電池，已與寧德時(shí)代和億緯鋰能兩家合作伙伴簽署了價(jià)值超過(guò)百億歐元的電池生產(chǎn)需求合同。根據(jù)寶馬集團(tuán)與這兩家中國(guó)電池企業(yè)的協(xié)議，后者將于2025年開(kāi)始向?qū)汃R供應(yīng)大圓柱電池。

 

寶馬的大圓柱電池即直徑為46毫米、高度為95或120毫米的圓柱電池，和特斯拉的4680（直徑為46毫米、高度為80毫米）圓柱電池類似。因此，寶馬的大圓柱電池也被稱為“準(zhǔn)4680”電池。

 

在特斯拉的帶動(dòng)下，電動(dòng)汽車(chē)行業(yè)掀起4680電池?zé)岢?。越?lái)越多的汽車(chē)企業(yè)從方形電池、軟包電池路線，轉(zhuǎn)為跟蹤圓柱電池技術(shù)路線。除了寶馬，戴姆勒、蘋(píng)果、Lucid、Rivian以及小鵬、蔚來(lái)、一汽、江淮、大眾中國(guó)也在關(guān)注和布局4680電池。

 

根據(jù)中金公司預(yù)測(cè)，2023年有望成為4680電池量產(chǎn)元年，當(dāng)年4680電池裝機(jī)量有望超20吉瓦時(shí)，2024年將超100吉瓦時(shí)。

 

無(wú)極耳技術(shù)的創(chuàng)新與挑戰(zhàn)

 

電動(dòng)汽車(chē)所用電池按外形和封裝形式分為方形、圓柱、軟包三種，方形和圓柱電池均使用金屬硬外殼，軟包電池使用鋁塑復(fù)合膜。

 

特斯拉最早采用的是日本松下生產(chǎn)的小圓柱1865電池，即電池直徑為18毫米、高度為65毫米，規(guī)格后來(lái)擴(kuò)大至2170。2020年9月，特斯拉在電池開(kāi)放日上對(duì)外發(fā)布自研的4680電池。特斯拉認(rèn)為，46毫米的直徑是兼顧經(jīng)濟(jì)性和電池性能的最佳直徑。高度方面則可根據(jù)車(chē)型需要做靈活調(diào)整，例如國(guó)內(nèi)電池廠家比克電池推出的46系列電池，具備從80～120毫米不等的高度；而寶馬則選擇95毫米或120毫米的高度。

 

從結(jié)構(gòu)來(lái)看，特斯拉4680電池最大的特點(diǎn)是采用了無(wú)極耳（又稱全極耳）技術(shù)。所謂極耳是從圓柱電池中將正負(fù)極引出的金屬導(dǎo)電體，主要成分為鋁和銅，是電池進(jìn)行充放電的接觸點(diǎn)。鋰電池中電子在正極耳與負(fù)極耳之間移動(dòng)，其流通路徑與內(nèi)阻成正比，而內(nèi)阻與電池內(nèi)部損耗、發(fā)熱正相關(guān)。因此，無(wú)極耳設(shè)計(jì)可以縮短電子流通路徑，減小電池內(nèi)阻與產(chǎn)熱量，可帶來(lái)更高的輸出功率與更好的快充性能。

 

從材料體系來(lái)看，4680電池將比方形電池更加適配高鎳三元和硅負(fù)極等新型材料體系。其一，圓柱電池的劣勢(shì)是成組效率為70%左右，低于方形電池的80%，想要實(shí)現(xiàn)和方形電池相同的能量密度，必須使用更高效的方案，采用高鎳三元材料和硅負(fù)極體系；其二，硅負(fù)極相比石墨負(fù)極具有更高的膨脹系數(shù)，圓柱電池相比方形電池內(nèi)應(yīng)力分布更均勻，不易造成內(nèi)部材料損毀。

 

圓柱電池單體高一致性的優(yōu)勢(shì)使4680電池更能適配800伏高電壓，解決電動(dòng)汽車(chē)快充難題；由于圓柱電池較方形和軟包電池具有更佳的結(jié)構(gòu)支撐性，4680電池也將推動(dòng)“電芯到底盤(pán)”（CTC）技術(shù)的產(chǎn)業(yè)變革。

 

因此，46系列大圓柱電池被認(rèn)為是下一代圓柱電池的發(fā)展方向。特斯拉在2020年9月對(duì)外宣布，相比2170電池，4680電池容量可以提升5倍，輸出功率提升6倍，每千瓦時(shí)的成本降低14%，搭載該電池的車(chē)型續(xù)航里程可提高16%。在充電方面，在400伏高壓快充模式下將電量從10%充到80%僅需15分鐘。

 

寶馬在2022年9月稱，46系列大圓柱電池形式和化學(xué)體系（高鎳三元與硅負(fù)極材料體系）能夠使電池續(xù)航能力提升30%，搭配800伏高電壓平臺(tái)后，電池電量從10%充到80%的時(shí)間將減少30%。

 

也有分析認(rèn)為，4680電池也有著不可忽視的缺點(diǎn)：一方面，4680電池加上CTC的結(jié)構(gòu)，讓電池可維修性極差、維修成本高企；另一方面，將4680電池深度集成到底盤(pán)上，將導(dǎo)致部分搭載4680電池的車(chē)型車(chē)身側(cè)面的防護(hù)性欠佳。

 

同時(shí)，無(wú)極耳技術(shù)也帶來(lái)了4680電池生產(chǎn)工藝上的挑戰(zhàn)，這些難點(diǎn)分布在分切、注液、揉平和激光焊接等多個(gè)環(huán)節(jié)。其中，最大的難題在激光焊環(huán)節(jié)——從傳統(tǒng)兩個(gè)極耳的點(diǎn)焊到全極耳面焊，焊接工序和焊接量都變多，激光強(qiáng)度和焦距不容易控制，易焊穿燒到電池內(nèi)部或者無(wú)法焊全。這個(gè)環(huán)節(jié)將直接影響4680電池的良品率。

 

電池企業(yè)和整車(chē)企業(yè)都在布局

 

從全球來(lái)看，特斯拉、松下、LG、三星、寧德時(shí)代、億緯鋰能、比克電池、蜂巢能源等多家電池企業(yè)和汽車(chē)企業(yè)都在密集布局46系列大圓柱電池。

 

特斯拉是全球最早布局4680電池的公司。2020年，特斯拉在美國(guó)加利福尼亞州弗里蒙特的電池工廠，建設(shè)了一條電池試驗(yàn)線用以試生產(chǎn)4680電池，規(guī)劃目標(biāo)為年產(chǎn)能10吉瓦時(shí)。2022年1月，特斯拉對(duì)外宣布這個(gè)工廠已于一季度交付首批搭載4680電池的電動(dòng)汽車(chē)Model Y。

 

2022年4月7日，特斯拉在美國(guó)得克薩斯州的奧斯汀工廠正式開(kāi)始生產(chǎn)4680電池，未來(lái)規(guī)劃產(chǎn)能達(dá)100吉瓦時(shí)。預(yù)計(jì)奧斯汀工廠的產(chǎn)量在今年年底前將超過(guò)弗里蒙特工廠。

 

特斯拉還在德國(guó)的柏林工廠安裝4680電池產(chǎn)線，預(yù)計(jì)2022年年底至2023年將陸續(xù)投產(chǎn)，總規(guī)劃產(chǎn)能達(dá)50吉瓦時(shí)。

 

不過(guò)，由于受到美國(guó)最近剛剛通過(guò)的《減少通貨膨脹法案》補(bǔ)貼政策的影響，特斯拉未來(lái)可能將重心優(yōu)先放在美國(guó)本土電池廠的生產(chǎn)。

 

對(duì)特斯拉而言，4680電池供應(yīng)尚無(wú)法全部由自己生產(chǎn)，還要依賴其供應(yīng)商松下、LG和寧德時(shí)代的供應(yīng)能力。

 

2021年，松下在美國(guó)內(nèi)華達(dá)州超級(jí)工廠建立4680電池新生產(chǎn)線并進(jìn)行量產(chǎn)，同時(shí)在日本工廠啟動(dòng)4680電池試驗(yàn)線建設(shè)，并于2022年年初測(cè)試生產(chǎn)。2022年2月，松下決定在日本西部的和歌山工廠建立4680電池生產(chǎn)基地，預(yù)計(jì)該基地將于2023年3月至2024年3月進(jìn)行量產(chǎn)。

 

7月份，松下發(fā)布的2022財(cái)年第一季度財(cái)報(bào)稱，4680電池計(jì)劃于2024財(cái)年開(kāi)始量產(chǎn)，2023年將完成開(kāi)發(fā)和生產(chǎn)線測(cè)試。5月底，松下已經(jīng)完成原型電池的開(kāi)發(fā)。據(jù)媒體報(bào)道，原型電池已經(jīng)送交特斯拉測(cè)試。隨著美國(guó)《減少通貨膨脹法案》補(bǔ)貼政策的通過(guò)，松下可能會(huì)將其電池生產(chǎn)重點(diǎn)放在美國(guó)本土。

 

2021年3月，LG的4680電池試生產(chǎn)線已經(jīng)開(kāi)始建設(shè)，目前正在韓國(guó)梧昌Ochang工廠改造部分生產(chǎn)線，組裝和電鍍?cè)O(shè)備已經(jīng)安裝完畢。其目標(biāo)是在松下大規(guī)模生產(chǎn)電池之前完成試產(chǎn)，計(jì)劃最早在2023年實(shí)現(xiàn)量產(chǎn)，并上調(diào)2025年4680電池產(chǎn)能規(guī)劃至120吉瓦時(shí)。

 

同時(shí)，LG拿下了特斯拉上海超級(jí)工廠所生產(chǎn)的Model 3和Model Y的電池訂單，成為特斯拉的主要供應(yīng)商，LG接連研發(fā)了4680、4690等類型電池，希望維持其在特斯拉供應(yīng)鏈中的占比。

 

8月份，三星SDI中國(guó)區(qū)負(fù)責(zé)人崔勛在世界新能源汽車(chē)大會(huì)上宣布，三星確定在研發(fā)46系列電池，包括 4680、4695 和 46120 三種類型電池。

 

目前，三星SDI正在韓國(guó)天安建設(shè)一條 4680電池測(cè)試產(chǎn)線，首批設(shè)備已完成訂購(gòu)，規(guī)劃年產(chǎn)能為1吉瓦時(shí)。如果測(cè)試順利，三星 SDI 將在馬來(lái)西亞工廠批量生產(chǎn)4680電池，規(guī)劃產(chǎn)能為8～12吉瓦時(shí)。

 

 

中國(guó)企業(yè)亦在局內(nèi)

 

在這一輪全球“4680”熱潮中，中國(guó)電池企業(yè)和汽車(chē)企業(yè)的表現(xiàn)同樣值得期待。

 

9月9日，寧德時(shí)代對(duì)外宣布，將為寶馬供應(yīng)46系列電池，這些產(chǎn)品將在位于中國(guó)和歐洲的兩座電池工廠生產(chǎn)，每座工廠供應(yīng)寶馬的年產(chǎn)能高達(dá)20吉瓦時(shí)。

 

同一天，億緯鋰能也對(duì)外宣布，將為寶馬供應(yīng)46系列電池。早在2021年11月，億緯鋰能公告稱，將在湖北荊門(mén)高新區(qū)投資建設(shè)20吉瓦時(shí)乘用車(chē)用46系列電池生產(chǎn)線及輔助設(shè)施項(xiàng)目。2022年3月29日，其宣布在匈牙利建設(shè)46系列電池工廠。

 

比克電池在2022年3月對(duì)外宣稱，46系列電池目前主要是定制產(chǎn)品，用戶可以與比克電池進(jìn)行聯(lián)合開(kāi)發(fā)制定電池的具體參數(shù)，而非定制化的量產(chǎn)版本大約會(huì)在2022年年底面世。公司計(jì)劃在鄭州工廠新建46系列電池生產(chǎn)線，該工廠已完成土建。比克電池和江淮將聯(lián)合開(kāi)發(fā)4680電池及電池組。

 

2021年11月，蜂巢能源董事長(zhǎng)兼首席執(zhí)行官楊紅新表示，46系列電池的市場(chǎng)前景廣闊，今年蜂巢能源也將切入46系列電池領(lǐng)域。

 

此外，根據(jù)中銀證券的統(tǒng)計(jì)，全球正在掀起4680電池?zé)岢?。戴姆勒、蘋(píng)果、Lucid、Rivian以及小鵬、蔚來(lái)、一汽、江淮、大眾中國(guó)也在關(guān)注和布局4680電池。

 

其中，戴姆勒2017年以6千萬(wàn)美金投資的StoreDot正在研發(fā)4680電池。江淮汽車(chē)與CBAK新能源聯(lián)合開(kāi)發(fā)4680電池；作為與江淮汽車(chē)的合資企業(yè)，大眾安徽（大眾持股75%）旗下推出的車(chē)型可能采用其4680電池。計(jì)劃造車(chē)的蘋(píng)果公司在與寧德時(shí)代和比亞迪的談判陷入僵局后，與松下頻頻接觸，或轉(zhuǎn)向使用4680電池。美國(guó)新興造車(chē)勢(shì)力Lucid、Rivian早期即采用4680電池方案。

 

從全球來(lái)看，4680電池進(jìn)展最快的特斯拉已于2021年9月試生產(chǎn)，計(jì)劃2022年量產(chǎn)。其他廠商多在2022年第一季度開(kāi)始試生產(chǎn)，2023年開(kāi)始量產(chǎn)。因此，2023年將成為4680電池量產(chǎn)的真正元年，2024年實(shí)現(xiàn)批量供貨。