大圆柱电池千呼万唤始出来

近日，配装亿纬锂能大圆柱电池的江淮瑞风RF8正式上市，吹响了大圆柱电池量产应用的号角。事实上，进入新的一年，不少动力电池企业也陆续分享了发展大圆柱电池的最新动态。从最初借特斯拉的声势走到台前，到后来国内企业默默发力，大圆柱电池的研发量产一直是一条不可忽视的“暗线”，因为它或将深刻影响动力电池乃至新能源汽车产业的发展轨迹。

规模化量产脚步渐近   

除了配套的整车上市以外，近期还有不少大圆柱电池量产的消息浮出水面。亿纬锂能公告显示，截至2023年11月初，公司圆柱磷酸铁锂电池已取得的未来5年客户意向性需求合计约88GWh；大圆柱三元锂电池已取得未来5年客户意向性需求合计约486GWh。同时，亿纬锂能大圆柱电池产能正逐步提升，年产能20GWh的大圆柱电池工厂已在湖北荆门基地建成，项目一期于2023年2月投产，二期首批设备于2023年11月30日开始进场。

1月28日，恒泰科技新一代全极耳大圆柱电池项目在中韩（惠州）产业园起步区正式投产。该项目是目前国内第二条46系列大圆柱全极耳电池量产生产线，主要产品是全极耳46135磷酸铁锂电池，年产能达1GWh。据悉，恒泰科技在2020年开始开展46系列大圆柱锂电池的研发、制造和销售，产品可兼顾动力与储能领域。

2023年11月，中创新航在全球合作伙伴大会上表示，将在2024年四季度实现46系列6C充电倍率大圆柱电池的量产。去年，中创新航发布名为“顶流”的圆柱电池，该款产品采用顶流结构与“极质”电解液技术，结构内阻较全极耳结构下降50％，能量密度可达300Wh/kg，能够实现6C＋快充。

作为国内较早布局大圆柱电池的企业，比克一直在该领域不断创新、加强布局。比克电池林建向《中国汽车报》记者透露，2024年，比克郑州二工厂将实现大圆柱电池的量产，项目一期产能达15GWh，二期规划产能也是15GWh。其中，比克电池计划2024年底先完成2.5GWh大圆柱电池的量产，后期产能将逐渐爬坡，2026年达产15GWh，2028年达产30GWh。

此外，2023年7月，比亚迪采购官方微信号发布招募公告，拟对2023年大圆柱电池全自动烘烤线设备实行供应商公开招募。去年，还有传闻称，蔚来汽车将携手蜂巢能源共同研发大圆柱电池。

另据获悉，欣旺达日前在投资者互动平台上表示，公司大圆柱电池正在与客户进行研发，目前处于中试水平，后续将根据客户的需求逐步进行产能布局。

自2020年特斯拉在电池日上推出4680大圆柱电池以来，由于具有性能、成本等优势，我国主要动力电池企业也选择了布局大圆柱电池。“经过近几年来的发展，我国大圆柱电池的技术水平和产线工艺得到了快速提高，但产品尚未实现规模化量产，仍处于小批量出货、送样的量产初期阶段。”他介绍道。

量产“跳票”背后   

截至2023年10月，全球大圆柱电池已布局产能超450GWh，目前46系列大圆柱全极耳电池在国外已实现量产，国内处于小批量出货、送样阶段。

在动力电池产业发展如火如荼之时，业界曾乐观预判2023年将是大圆柱电池的量产元年，但遗憾的是，2023年已经过去，大圆柱电池的量产进程并未如预期那样迅速推进。

大圆柱电芯能使动力电池具有更大能量密度和成组系数的优势，但在散热要求和量产难度这两方面暂时呈现出劣势。正反两方面的因素博弈，导致大圆柱电芯虽有进展却进展有限。他称，大圆柱由于电芯体积和容量变大，减少整个电池管理系统规模看似成立，但也对电芯内部大面积涂布和压实密度等的一致性提出了更高要求。

事实上，最早宣传大圆柱电池的特斯拉也在量产目标上“跳票”了。2023年11月，特斯拉Cybertruck电动皮卡交付活动在其美国得州超级工厂举行。Cybertruck是特斯拉首款全面采用4680电池的车型，为确保充足的电池供应，特斯拉于2023年9月下旬停止4680版Model Y的销售。而根据特斯拉此前立下的目标，2022年将有能力生产100GWh的4680电池，满足130万辆电动汽车的需求。从目前的交付进度来看，特斯拉距离100GWh的4680电池产量目标依旧还有较远的路要走。

圆柱形电池的主要优势在于效率高和一致性好，所以从小圆柱到大圆柱的演进过程中，需要在保持其原有优势的基础上扩大容量。“但这也给生产带来了较大挑战，要在保证高效率的同时做到高一致性。除了这一点外，行业在研发大圆柱电池时，还希望做到技术上的升级，甚至一步到位，比如特斯拉希望应用无极耳、干法技术等，从而进一步增加了产品量产的难度。”他认为。

“大圆柱电池量产进程不达预期的主要原因是没有彻底解决工艺问题，导致成品率较低，成本偏高。今年如果还不能解决工艺问题，大家会调整预期，可能放弃干电极工艺，降低全极耳连接要求，以实现大圆柱电池的量产。”某头部动力电池企业技术中心总工程师王毅（化名）向记者透露。

大圆柱电池量产离不开产业链的协同，设备、工艺布局、包括单体产品本身性能测试等需要同步升级。从3个方面分析了目前大圆柱电池的量产挑战。首先是工艺，表面上看，大圆柱电芯制造的各道工序，无论相比传统的小圆柱电芯，还是其他形态的电芯都变得更加简洁高效，但实际上技术要求更高。完美地焊好成百上千个电芯不算什么挑战，难的是成百上千万甚至上亿个电芯、几十亿次的焊接，都要保证在一个很小的范围内波动，才能达到一致性和可靠性要求。第二是原材料，圆柱电芯的尺寸越大，意味着要卷绕更多圈的极片，而且需保证每圈极片都平行而且对齐，这些因素需要从电极的配方原材料开始考虑，如何改善正负极材料本身的加工性，以及提高箔材和隔膜的抗拉性等，都对上游材料供应商提出新的挑战。第三是减碳，“双碳”目标对产能质量提出了更高要求，低碳甚至零碳工厂已逐渐成为标配，这要求企业使用回收材料，提高生产效率，使用清洁能源等。值得一提的是，圆柱电芯的高度标准化及形态对称性，使得大圆柱电池在回收和梯次利用方面都更具优势。

大圆柱电池的国际角逐   

尽管大圆柱电池量产时间表被整体推后，但显然这并不意味着其发展前景就此黯淡。其实，在动力电池产业近年来的技术和产品路线规划中，大圆柱电池依然备受关注，企业和科研机构也在积极开展研发和试产。

一项市场研究显示，预计2022～2027年，全球大圆柱电池出货量将有35倍的增长空间，在此期间中国大圆柱电池生产设备的市场规模将有14倍以上的增长空间。

在2020年电池日上，特斯拉以一己之力将4680电池推到台前，对外介绍了其在产品形状、正负极材料、工艺优化等方面的一系列创新，从此动力电池行业开始对大圆柱电池“青眼有加”。

从整个国际市场来看，日韩企业较早布局了大圆柱电池，也在积极推动其量产应用。据了解，作为核心电池供应商，松下为特斯拉生产4680电池，规划年产能10GWh的大圆柱电池项目去年已经开建。同时，松下电池还在美国堪萨斯州建设了新工厂。2023年10月，三星SDI宣布从2026年开始的7年时间内，将面向韩国现代汽车集团供应动力电池。这一配套合同主要面向为欧洲市场生产的电动汽车，三星SDI位于欧洲匈牙利的工厂将用于生产。

日前，又有最新消息传来，主打软包电池的韩国SK On拟筹集约2万亿韩元（约合107亿元）资金，以加强电池产能投资。据报道，该笔资金将主要用于大圆柱电池等新业务。此外，SK On还在招募46毫米圆柱电池和方形电池领域的专家。

特斯拉首席执行官埃隆·马斯克此前曾表示，4680电池将是特斯拉2023年计划中的一个重要部分，公司未来所有的电动车型，包括Model Y、Semi半挂式卡车、Cybertruck皮卡和Roadster 2电动跑车都将配装。

大圆柱电池备受国内外动力电池企业的青睐，主要得益于其高性能、高安全、长寿命和低成本等优势。在吴喜庆看来，首先，大圆柱电池直径增加使得电池重量减轻、电池包内结构件减少，能量密度提升，同时采用全极耳设计缩短电子传输路径，提高快充倍率性能；其次，大圆柱电池表面为弧形，在一定程度上抑制电池间的热量传递，阻止热失控蔓延，具有明显的安全优势；再次，大圆柱电池具有更高的充电电压，更低的内阻和更好的耐久性，能够经受重复的充放电使用，不易发生容量衰减；另外，整车采用大圆柱电池可以有效减少电池单体的数量和焊接配件，从而简化电池包结构，降低材料成本，BMS的难度也会降低，成组效率提升，系统成本会有明显的下降。

“大圆柱电池的优势主要是降低内阻（提高快充性能）、成组难度（电芯并联数减少了一个数量级）和成本（基于预期的成品率，以及干电极技术），系统能量密度也有提高。”

大圆柱电池的安全性优势。当前圆柱电池已实现9系高镍三元正极体系无热蔓延，而方形电池普遍实现6系。主要原因是圆柱型壳体强度高，在电芯发生高温热失控时，能够保持壳体完整性，实现定向爆破；此外，大圆柱电池单体容量小，发热量小。大圆柱单体电芯容量为25～40Ah（一般方形电池容量为50～300Ah），因此大圆柱电芯热失控管理的难度小。

“现在4680电池在海外的进展，也就是特斯拉与松下有小规模量产，其他企业量产的速度不快，与国内供应商基本在同一起跑线。特斯拉公开大圆柱电池的信息后，国内企业都非常感兴趣，正加紧布局及推动量产。”墨柯说道。

目前，宁德时代、亿纬锂能、比克电池、国轩高科、蜂巢能源、力神电池、鹏辉能源、LG新能源、松下、三星SDI等全球主流电池企业，都在积极推进大圆柱电池的市场化发展。“千呼万唤始出来”，大圆柱电池的真正角逐应该说才刚刚开始。

搅动产业发展“一池春水”   

根据封装方式不同，锂电池可分为圆柱、方形和软包3种类型，目前方形电池是国内动力电池市场的主流产品形态。

当前我国动力电池市场以方形电池为主，占比超过90％，软包电池和圆柱电池市场份额较低，整车企业对大圆柱电池需求的迫切程度不高。另外，我国动力电池产业也面临一定的产能过剩问题，主要企业的发展重心在如何提高产能利用率，加快去库存等方面。因此，众多因素综合影响着大圆柱电池的量产进度。他告诉记者：“虽然发展不及预期，但行业仍对大圆柱电池保持积极态度，预计我国大圆柱电池在2024年底或2025年将迎来规模化量产，储能领域有望先于新能源汽车实现大批量应用。”

“大圆柱电池的产业化已经到来”。行业内普遍认为2024年将会成为各家企业逐步进入大圆柱电池量产的元年。此前不久，马斯克也透露，2024年将成为4680大圆柱电池重要的产能增长年，公司将在2024年三季度新建4条4680电池产线。

记者了解到，特斯拉、宝马、沃尔沃、Stellantis、通用、东风岚图、江淮、蔚来等国内外多家车企正使用或即将使用大圆柱电池。随着大圆柱电池技术的不断成熟，越来越多的汽车品牌会将其应用于旗下新能源汽车产品上。

对于动力电池企业来说，紧跟技术的变革有备无患。一是，特斯拉等企业将大圆柱电池视作优质的解决方案；二是，一些中小电池企业想要破局，有意借大圆柱电池“换道超车”，这些都可能在一定程度上影响未来动力电池的产业格局。

“目前，大圆柱电池已不存在绝对的技术瓶颈，仅面临大规模量产的工艺难题，主要挑战是生产效率和产品良率的提升，这需要生产设备和制造产线进行相应的改造升级和技术工艺调整，保证大圆柱电池的产品一致性和稳定性。”提质、降本、增效是动力电池行业长期向好发展遵循的基本逻辑，需要企业在材料、结构、工艺等方面加快技术突破，实现多元化技术路线的创新发展。作为技术路线之一，大圆柱电池能够促进动力电池技术的迭代升级，并进一步推动汽车产业的电动化步伐。

未来大圆柱电池必须结合内部材料体系的进展而发展。如果动力电池采用液态或半固态电解质，大圆柱电池的卷绕工艺还有存在的可能。

“若是4680电池量产技术真能走向成熟，肯定会对现有动力电池供应格局造成影响。目前，头部企业都在布局大圆柱电池，也是看到了其技术上的优势以及未来的发展潜力。”大圆柱电池一旦实现规模化量产，将成为方形动力电池的有力竞争对手，从而改变动力电池产业的发展格局；另外，大圆柱电池上量，也将拉动产业链上下游企业的市场需求，进一步推进动力电池产业的发展。全极耳大圆柱电池的成本优势，是其备受追捧、未来可期的关键。当前，4680电池的生产节拍为50～150PPM，对比小圆柱产品生产单线产能大幅提高5倍左右。随着技术不断升级，大圆柱电池的生产节拍有望达到300PPM。当各层面实现充分规模化后，大圆柱电池每瓦时的成本预估不会高于方形磷酸铁锂电池。

“很多大型新能源车企，面向5～10年后，敲定了经济型车型采用方形／刀片磷酸铁锂电池，中高端车型采用三元锂＋硅大圆柱电池的布局。根据我们此前收到的客户需求再结合行业信息综合判断，保守估计2025年全球新能源汽车的销量将突破2000万辆，对应的动力电池需求将超过1600GWh，其中大圆柱电芯可能占到30％以上的份额。”大圆柱电池的规模化量产将带动新能源汽车产业链革新，催生相关结构件和材料的需求，为整车提供更长的续驶里程和更高的安全性。这一技术路径在性能、成本等方面都具有较为明显的优势，能够有效实现更高效制造、更高性能、更低成本，更好地满足新能源汽车产业发展的需求。