4680電池量產在望，大圓柱電池風潮要來了嗎？

外電報道稱，10月25日，在一場媒體圓桌會議上，松下首次發布了該公司的新產品，即4680電池，其存儲容量是現有電池的5倍，計劃2022年3月在日本開始試生產。松下方面表示，這款電池的發布將有助于深化其與特斯拉的商業合作。

而最近，坊間也傳出消息，特斯拉將于2022年上半年首次亮相4680電池，或率先配裝Model Y。據悉，4680電池的開發和測試進展順利，特斯拉對產品的測試結果較為滿意。

一個是帶貨能力超群的新能源領軍車企，一個是實力不容小覷的頭部電池供應商，二者圍繞4680產品的應用蠢蠢欲動，能否引發行業刮起大圓柱電池的新風潮？

特斯拉帶火4680電池

在去年電池日上，特斯拉以一己之力將4680電池推到臺前，對外介紹了其在產品形狀、正負極材料、工藝優化等方面的一系列創新。據了解，這款長度增加、直徑變大的大圓柱電池，能量密度提高5倍，功率提高6倍，可使車輛續駛里程增加16％。當時，特斯拉方面宣稱，其美國加州弗里蒙特工廠已在少量試生產4680電芯，公司希望2021年底實現10GWh產能的目標；而德國柏林工廠將是特斯拉首家成熟生產4680電芯的工廠，年產能將是弗里蒙特工廠的數倍，預計產能250GWh。

具體而言，相比傳統圓柱電池，4680電池的性能明顯提升：一是空間利用率提高，圓柱體積的增大可以減少電池單體數目；二是生產成本降低，單體能量密度增加，意味著電芯數量的減少；三是快充性能改善，15分鐘內可將電池從0充至80％的電量，功率密度峰值可達1000W/kg以上。

如今，特斯拉又朝著正式生產4680電池芯向前邁進了一步。互聯網上有一段視頻顯示，一大批貨物從特斯拉陽極和陰極生產線，運到了其得克薩斯州奧斯汀工廠內。

與此同時，特斯拉的配套供應商松下也在4680大圓柱電池上取得了新進展。松下方面介紹稱，4680大圓柱形電池專為滿足特斯拉電動汽車的要求而制造，每個電池的額定容量為9000毫安，生產成本減半。今年，松下已在日本建立一條4680電池的測試線。松下方面還表示，如果能以比同行更高的效率生產這款電池，將考慮對這項技術進行大規模投資，并向特斯拉以外的車企供應。

大圓柱電池迎來研發高潮

事實上，國內動力電池企業也在同步進行大圓柱電池的研發。比克電池首席科學家林建在接受《中國汽車報》記者采訪時表示，通過對正負極材料和結構設計的優化，其全極耳大圓柱產品開發進度符合預期，在兼顧能量密度的基礎上快充性能提升了3倍，目前產品已為部分客戶送樣，在滿足市場需求的基礎上，測試結果部分性能優于預期。

據了解，在圓柱、軟包及方形三種不同類型的電池電芯中，圓柱電池的裝車量并不高。受特斯拉國產化的帶動，國內圓柱電池的裝車量才重回正增長，2020年達到8.35 GWh，占國內新能源汽車電池裝車量的13％。

“圓柱電池的優勢在于，多單體并聯的冗余可靠性、單體熱失控不傳遞的安全性、充放電中橫向尺寸的穩定性。隨著電池一致性和安全技術的進步，允許電芯單體容量逐步增大；而且4680全極耳概念對快充、大功率放電、熱管理都有很大意義。所以圓柱電芯走向4680是順理成章的事情。”林建向記者介紹道。

雖然圓柱電池卷繞工藝成熟、生產成本低，但也存在不足。4680電池在增大尺寸的同時，減少了電芯，每個電芯在充放電時都要承受更大的電流，發熱也會更多，且成組后體積能量密度稍低。

針對這些短板，企業進行了技術創新，加以改良。特斯拉主要采用無極耳技術并改變正負極材料。據了解，無極耳電池的制造過程更加簡單，所用零件較少，可進一步提高產品能量密度，實現更好的充放電循環。特斯拉4680電池的負極材料使用了硅，同時進一步降低了正極材料中鈷的含量，不僅可有效降低成本，而且在一定程度上能規避鈷資源短缺的問題。此外，特斯拉還通過一系列材料升級和工藝調整，使得電池內部電子通路變得更短，從而降低了發熱的概率，在增加能量密度的同時解決了散熱的問題。

比克電池則采用了全極耳技術路線。林建指出，電池單體電芯尺寸做大以后，單極耳的結構無法滿足功率的要求，單純增加極耳數量首先會增加工藝難度及不確定性，其次也無法從根本上改善圓柱電芯的功率性能。針對于此，比克電池在戰略性探索大尺寸圓柱電池的同時，布局了全極耳技術。經過多年的探索，比克電池在2019年前后，形成了獨有的全極耳技術路線。“我們已在21700、32105等型號的電芯上驗證了這項工藝，受到國外客戶的廣泛認可。”他說。

市場潛力有待進一步挖掘

除上文提到的企業外，國內外不少動力電池供應商也將目光聚焦于4680大圓柱電池上。比如，LG能源、三星SDI、億緯鋰能、蜂巢動力就相繼投身于4680技術和產品的研發。

近日，韓國媒體報道稱，三星SDI和LG能源完成了性能更強的4680電池的樣品開發，目前正在進行測試，以驗證其結構完整性。

億緯鋰能基礎材料與技術研究室主任冀亞娟表示，該公司布局了4680和4695兩款大圓柱電池，預計2023年產能釋放20GWh，2024年達到40GWh。

蜂巢能源董事長兼首席執行官楊紅新認為，大圓柱電池的市場前景廣闊，在高性能跑車、SUV等領域具有應用優勢，以此為突破口，圓柱電池可與方形、軟包電池展開競爭。今年，蜂巢能源也將切入大圓柱電池領域。

“對于車企來說，大圓柱電池的重要性在于提高能量密度并降低生產成本。”一位不愿透露姓名的新能源汽車企業相關負責人對記者說，按照特斯拉公布的4680電池數據來看，成本降低50％是非常可觀的數字。隨著4680電池的量產推進，特斯拉的整車制造成本有望顯著下降。而在新能源汽車上，目前最大的成本占比就是動力電池。“對于動力電池企業來說，誰掌握了高性價比電池，誰就相當于掌握了車企的訂單。”他說。

在新能源與智能網聯汽車獨立研究者曹廣平看來，動力電池的形狀、規格、尺寸，本質上由其結構、材料體系及使用特性決定。在方形、軟包與圓柱電芯中，圓柱電芯制造工藝相對簡單，由于是從電子消費品領域中沿用過來的，所以成本稍低。但是，新能源汽車領域所用的動力電池容量較大，所以有增大電芯尺寸的客觀要求，以減少電芯數量，從而提高電池包的能量密度并簡化、降低電池管理和熱管理設計與難度。

“大圓柱電池的應用潛力很大，特別是在高端乘用車和商用車市場。此外，它不僅可以配套整車，一些續航要求較高的短途出行工具和終端設備同樣適用。”林建表示，圓柱電池在新能源汽車領域的應用價值依然存在，其高一致性和低成本的優勢仍能在一些細分領域找到合適的生存空間。隨著量產上市，大圓柱電池會得到更多車企的青睞。