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宝马紧随特斯拉 大圆柱电池“上位”在即

来源:新能源汽车网
时间:2022-10-15 11:02:32
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宝马紧随特斯拉 大圆柱电池“上位”在即4680圆柱电池日渐走红,让越来越多的车企“为之心动”。近日,宝马集团官宣,将从2025年起率先在集团新一代电动汽车——“新世代”车型上配装4

4680圆柱电池日渐走红,让越来越多的车企“为之心动”。

近日,宝马集团官宣,将从2025年起率先在集团新一代电动汽车——“新世代”车型上配装4680圆柱电芯,并已与宁德时代和亿纬锂能签订了价值超过百亿欧元(目前1欧元约合人民币7.03元)的电芯供货合同。紧接着,亿纬锂能又宣布,公司旗下46系大圆柱电池在国内获得大运汽车定点合作订单。

事实上,自特斯拉在其2020年电池日首次公布将采用4680圆柱电池后,从日韩的松下、三星到国内的亿纬锂能、比克动力等电池厂商都纷纷涌入这一新赛道。“2023年或将成为4680圆柱电池商业化应用元年,预计2025年将有50%的特斯拉新车配装4680圆柱电池,其在全球动力电池封装市场中的占比也将显著提升。”华东汽车新材料技术研究院研究员林澍文在接受《中国汽车报》记者采访时表示。

车企热捧4680圆柱电池

很多人可能还记得,2020年9月23日,在特斯拉电池日活动上,特斯拉首席执行官马斯克展示了由无极耳、硅负极、无钴技术加持的4680圆柱电池,并称通过电芯设计、电芯工厂、正负极材料以及整车电池一体化等方面技术的集成,4680电池整体成本可降低56%,电池生产的速度可翻倍。由此,引发行业广泛关注。

正在推进电动化转型的宝马也盯上了4680圆柱电池。宝马方面表示,与第五代方形电芯相比,第六代圆柱电芯能量密度可提升超过20%、续驶里程提升30%、充电速度提升30%、电池生产过程中的二氧化碳排放量减少60%。根据已经签订的协议,宝马还计划与亿纬锂能在中国和欧洲分别建立两座电芯工厂,每座工厂的年产能达20GWh。此外,奔驰、Lucid、Rivian、蔚来、小鹏、一汽、江淮等车企也在积极筹划布局4680圆柱电池。

值得注意的是,蔚来汽车也有意采用4680圆柱电池,该公司目前正在自研4680圆柱电池和磷酸锰铁锂电池,并计划量产后供给蔚来旗下车型及子品牌阿尔卑斯使用。

“总体来看,4680圆柱电池与比亚迪的刀片电池,实质都是在电芯结构方面的创新,与电池化学体系寻求进一步突破相比,结构创新更容易实现,在一定程度上也可以提升电池安全性、降低单位成本。”北京大学新能源材料与技术实验室主任其鲁对《中国汽车报》记者表示,特斯拉已经在美国得克萨斯州超级工厂开始试产少量配装4680圆柱电池的Model Y投放市场,以观察和收集用户反馈。

兼具性能与成本优势

那么,4680圆柱电池到底有何魅力,引多家车企竞折腰?

“客观而言,近年来圆柱电池市场的发展,经历了从1865(也被称为18650)到2170,再到4680的3个阶段,基本上是特斯拉引领潮流。”林澍文表示,在命名规则上,圆柱电池数字的前两位表示直径,后两位或三位数字表示长度,例如4680电池即表示直径46毫米、长度80毫米的电池,直径比此前特斯拉使用的2170圆柱电池大1倍,这也是大家称其为“大圆柱电池”的原因。容量方面,4680圆柱电池是2170圆柱电池的5倍,理论上能量密度可以提升10%~20%,与目前主流的方形三元锂电池持平。相比之下,圆柱电池的安全性更高,这是因为圆柱电池周边隔热能力更强,也更方便采用顶部水冷和侧面水冷相结合的方式降温。

“在防止热失控等方面,4680圆柱电池也有优势。”其鲁介绍,根据特斯拉公开的数据,每辆车如果使用4680圆柱电池约需960个电芯,而之前1865圆柱电池需要7200多个电芯,2170圆柱电池需要4400多个电芯。由于电芯数量大幅减少,热管理系统可以变得更精简、优化。另外,目前的4680圆柱电池基本上都是三元锂电池,但特斯拉及其他电池厂商也在积极研发磷酸铁锂圆柱电池,预计在安全性、稳定性、寿命方面都会有所提升。

“目前来看,4680圆柱电池在快充、换电模式和回收再利用环节都具备突出优势。”樊文光表示,4680圆柱电池快充12分钟可以行驶500公里。至于换电领域,目前行业存在电池标准不统一、通用性较差、基础设施建设成本过高等问题。而圆柱电池单体较小、形状规则,非常适合换电模式。同时,4680圆柱电池本身具有统一的尺寸,对于回收、运输及梯次利用都更为有利。

4680圆柱电池的成本优势,也是其受到车企追捧的关键。华泰证券分析师凌岳斌在接受《中国汽车报》记者采访时表示,4680圆柱电池的制造成本比2170圆柱电池成本要低17%左右,由于减少了溶剂,省去了昂贵的涂覆机,生产速度最高可提升7倍。在整车优化上,4680圆柱电池有利于车身电池一体化(CTC)底盘的开发,不仅有利于降低制造成本,而且后期维护成本也更低。

多家电池厂商加快布局

“4680圆柱电池是未来5~10年内中高端电动汽车配置的最优解。”比克动力电池副总裁樊文光在接受《中国汽车报》记者采访时说,目前国内多家动力电池厂商都在跃跃欲试,抢跑4680圆柱电池新赛道。到2025年,4680圆柱电芯市占率将超过30%,达到约480GWh,超过2021年全球动力电池总需求量。目前,比克动力正积极推进4680圆柱电池的量产。

“力神电池、蜂巢能源、松下、三星、LG能源等国内外动力电池企业都在积极跟进4680圆柱电池,有的电池厂商将此作为押注未来几年的主流电池封装技术之一。”林澍文表示,宁德时代、亿纬锂能、比克动力、LG能源均已表示,将在今年年底或明年投产4680电池。

在国内,宁德时代高端制造基地的选址已“花落”上海浦东临港产业园,这里也是其主要客户特斯拉上海超级工厂的所在地。在特斯拉对4680圆柱电池需求大幅上升之际,宁德时代的这一布局很容易令人产生联想。而亿纬锂能已经新规划产能200GWh,其中荆门圆柱电池20GWh在建产能项目预计今年年底建设完成,2023年下半年可实现出货。

除了动力厂商,从特斯拉到蔚来汽车等整车企业也在自研4680圆柱电池。“新能源车企对4680圆柱电池的布局已大致形成3个梯队。”樊文光说,第一梯队处在量产前夜,以特斯拉为代表,预计将于2023年正式装车投放市场;第二梯队处在实质立项研发阶段,预计将于2025年前后量产装车;第三梯队处在收集信息、市场调研以及可行性评估阶段。目前,除了特斯拉,大部分电动车企处在第二和第三梯队。很多大型车企已经计划将来在中高端车型上采用4680圆柱电池,经济型车型则配装方形或刀片磷酸铁锂电池。

方形、圆形、软包,谁主沉浮

“目前,动力电池封装市场基本上形成了方形、软包和圆柱‘三分天下’的格局,但随着4680圆柱电池出现较快增长,市场格局也将发生变化。”凌岳斌说。数据显示,2021年国内国内动力电池封装市场,方形电池依然是主力,市场占比约80.8%;软包电池市场占比约9.5%;圆柱电池市场占比约9.7%。展望未来,究竟哪种动力电池能脱颖而出,成为市场主流?

“三种电池自身各有长处和短板,现阶段很难说谁将替代谁。”其鲁介绍,目前方形电池在国内的应用率较高,大多采用铝壳为主,结构相对简单,但由于缺乏标准,外形尺寸基本由车企定制,几乎每家车企甚至每个车型所用的电池包尺寸都不一致,为统一规范发展带来难题;软包电池采用了比铝外壳重量更轻的铝塑膜包装,总体重量相对较轻,适用于混动及增程式车型,但由于铝塑膜易损需加装更多保护层,生产成本偏高,且也存在形状尺寸标准不一的问题;圆柱电池技术相对成熟,外形标准化程度较高,但由于使用钢壳,因此重量较重。不过,随着4680圆柱电池以及其他创新技术的出现,未来圆柱电池的市场份额将有较快增长。

在行业内看来,市场分化是必然趋势。“随着材料、技术、工艺等方面的不断进步,三种电池的竞争格局将逐渐发生变化。”林澍文指出,市场变化决定企业的选择,例如,近日LG新能源就宣布放弃方形电池,理由是担忧其商业前景,因此转而集中精力开发圆柱电池和软包电池新技术。这表明动力电池企业也在结合自身情况与市场发展作出新的选择。在圆柱电池领域,出现了超高镍多元正极、硅碳硅氧负极、单壁碳管导电剂等新技术。这些新技术有利于使圆柱电池克服自身短板、降低制造成本、延长使用寿命,从而获得更多主机厂的订单,市占率也有望提升。

“尽管目前业内对于圆柱、方形、软包三种电池谁将成为未来主流意见并不统一,但从发展的角度看,具备标准规范、成本较低、安全性较高、回收利用前景较好的大圆柱电池,未来将拥有更广阔的发展空间。”凌岳斌最后总结道,无论是从动力电池技术发展的角度还是从未来发展趋势来看,在“三分天下”的动力电池竞争格局中,没有最好,只有更好。

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