外電報道稱,10月25日,在一場媒體圓桌會議上,松下首次發(fā)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(fā)布將有助于深化其與特斯拉的商業(yè)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(fā)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(fā)行業(yè)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(yōu)化等方面的一系列創(chuàng)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(xù)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?;ヂ摼W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(guī)模投資,并向特斯拉以外的車企供應。
大圓柱電池迎來研發(fā)高潮
事實上,國內動力電池企業(yè)也在同步進行大圓柱電池的研發(fā)。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(yōu)化,其全極耳大圓柱產品開發(fā)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(yōu)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(yōu)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(wěn)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(fā)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(yè)進行了技術創(chuàng)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(huán)。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(guī)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(fā)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(zhàn)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(yè)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(fā)。
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(fā),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(zhí)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(yōu)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(yè)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(yè)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(guī)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(xù)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(yōu)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。
責任編輯: 李穎