2020年特斯拉公布4680后，全球車企與電池企業(yè)重拾對大圓柱技術(shù)路線關(guān)注。然而，四年多時間過去，大圓柱電池在動力端的放量顯然不及預(yù)期。業(yè)內(nèi)曾判斷2023年會是大圓柱電池放量“元年”，但實際的量產(chǎn)裝車進度陷入滯后。
反觀2024年市場動態(tài)，大圓柱電池反而在儲能領(lǐng)域加速放量。億緯鋰能、鵬輝能源、時代聯(lián)合、航天鋰電、中比新能源、華立源、利維能、創(chuàng)明新能源均布局儲能LFP(磷酸鐵鋰)大圓柱電池，并實現(xiàn)出貨。
值得發(fā)問的是，為何大圓柱電池在儲能領(lǐng)域放量先于動力?動力大圓柱產(chǎn)業(yè)化存在哪些卡點?仍有觀點認為大圓柱電池將在2025年迎來放量元年，其放量有望在2025迎來“爆發(fā)”嗎?在方形電池技術(shù)迭代如此之快的情況下，國內(nèi)鋰電產(chǎn)業(yè)鏈還值得重押大圓柱電池嗎?
儲能大圓柱電池放量先行
鵬輝能源研究院研發(fā)總監(jiān)張伶俐在2024年11月表示，2024年大圓柱電池在儲能領(lǐng)域的應(yīng)用實現(xiàn)了倍數(shù)增長，特別是在增量市場上。
據(jù)高工產(chǎn)研(GGII)《2024年中國大圓柱鋰電池行業(yè)發(fā)展藍皮書》，大圓柱電池在儲能領(lǐng)域走俏，尤其在便攜式儲能、戶用儲能對電池倍率性要求更高的場景中，兩大領(lǐng)域出貨同比增速在2024年突破100%，并預(yù)計到2030年出貨量將達100GWh。
此前便攜式儲能、戶用儲能主要采用18650、21700類的小圓柱電池，2024年正加速向3系、4系大圓柱切換。大圓柱電池在保持圓柱電池原有優(yōu)勢的基礎(chǔ)上，提供了更高的成組效率，有助于進一步降低成本，驅(qū)動大疆、公牛、華寶新能等企業(yè)態(tài)度上轉(zhuǎn)向用大圓柱電池配套便攜式儲能。而戶用儲能對電池倍率性能要求更高，大圓柱放量信號更為顯著，GGII數(shù)據(jù)顯示，2024年戶用儲能領(lǐng)域大圓柱電池應(yīng)用已達GWh規(guī)模。
另外，6系大圓柱也開始應(yīng)用于工商業(yè)儲能領(lǐng)域。時代聯(lián)合第五代“60系列”LFP儲能大圓柱電池已面市應(yīng)用。
據(jù)GGII調(diào)研，2024年多家電池企業(yè)大圓柱產(chǎn)線吃緊，投擴產(chǎn)方面，對于大圓柱電池的產(chǎn)能規(guī)劃持續(xù)加碼。2024年億緯鋰能50億加碼大圓柱電池擴產(chǎn)項目中，就有31億元用于23GWh圓柱磷酸鐵鋰儲能動力電池項目，另外19億元用于21GWh大圓柱乘用車動力電池。
整體看來，大圓柱電池產(chǎn)業(yè)化在儲能領(lǐng)域向前一大步。另外，GGII還指出，與便攜式儲能、戶用儲能類似，兩輪車領(lǐng)域大圓柱電池出貨增速也超100%，增速達150%，出貨量2.5GWh。
GWh級別的放量規(guī)模疊加多元領(lǐng)域的逐步滲透，2024年是大圓柱電池放量拐點已成業(yè)內(nèi)共識。
為何儲能大圓柱電池放量先于動力?
GGII在藍皮書中指出，大圓柱在儲能以及兩輪車領(lǐng)域放量的特點之一，是替代容量相近方型/軟包電池，對比方型比能、倍率、成組效率更高，對比軟包更安全、成本更低。
這背后，是大圓柱電池產(chǎn)業(yè)化在2024年已經(jīng)有了顯著的進展，單線產(chǎn)能良率、效率的提升讓大圓柱電池的綜合性能優(yōu)勢開始顯現(xiàn)，為放量奠定基礎(chǔ)。
一方面，產(chǎn)業(yè)對大圓柱電池工藝達成共識。
比克電池此前表示，如正極端子的焊接方式就有超聲焊、點焊和穿透焊等多種選擇。然而，到了2024年，業(yè)內(nèi)對于頭部端子的焊接已經(jīng)基本上達成了一致的技術(shù)路線，即穿透焊接。此外，在集流盤、極柱焊接以及封口方面上，激光工藝在精度控制、熔深、溫度控制成熟度提升、成本下降，未來有望成為主流。
另一方面，圓柱電池產(chǎn)線良率持續(xù)提升。
良率方面，億緯鋰能在2024年3月就曾披露，其大圓柱電池的良率可以做到90%以上，小圓柱電池產(chǎn)線良率可以做到更高(98%);特斯拉也披露其良率已經(jīng)突破95%;鵬輝能源的大圓柱電池良率保持在96%以上。
工藝方面，2024年在焊接、裝配等對于大圓柱更具挑戰(zhàn)的環(huán)節(jié)，都有進一步的工藝升級。例如，通過優(yōu)化全極耳成型工藝、焊接技術(shù)、改進卷繞對齊度控制等措施，來克服制程工藝中的難題，以實現(xiàn)大圓柱產(chǎn)線效率的突破，目前大圓柱電池生產(chǎn)效率普遍在50-150PPM。
但上述進步還無法達到動力市場預(yù)期。儲能、動力大圓柱產(chǎn)品在材料體系、極片工藝乃至殼體等方面都存在差異。要實現(xiàn)動力市場理想中的高能量密度、快充、低成本目標，動力大圓柱還有更多工程化難題需要解決。
不同于儲能大圓柱以LFP材料體系為主，因動力大圓柱電池在能量密度被抱以更高的期待(250Wh/kg為門檻、瞄準300Wh/kg以上)，動力大圓柱通常采取高鎳正極+摻硅負極的材料體系。問題在于這類材料體系提高能量密度的同時，也會帶來更高的產(chǎn)氣與熱安全風(fēng)險。
另外，材料體系還需要考慮與全極耳結(jié)構(gòu)適配的問題。全極耳結(jié)構(gòu)設(shè)計在理論上具備更快的充放電優(yōu)勢，然而，在高倍率充放電條件下電池更容易發(fā)生容量衰減。尤其負極中，純硅的導(dǎo)電性較差。因此，需要添加碳納米管類的導(dǎo)電劑來增強導(dǎo)電性，從而補償大圓柱快充性能。此外，硅負極本身易于膨脹的特性也對負極的壽命產(chǎn)生了很大影響。
大圓柱殼體有鋼殼、鋁殼兩種選擇。其中鋼殼受膨脹影響形變小，抗沖擊，可靠性更高。動力大圓柱負極中硅含量會有所提高，產(chǎn)氣問題會更嚴重，更需要大圓柱結(jié)構(gòu)上具備高剛性，更適合用于動力大圓柱。而儲能常用的LFP大圓柱電池大多使用鋁殼。
為防止電池正極活性材料對鋼殼氧化，鋼殼焊接需進行鍍鎳鋼。相比之下，產(chǎn)業(yè)鋁殼焊接工藝更為成熟，預(yù)鍍鎳鋼殼焊接還有待成熟。
在工藝上，被業(yè)內(nèi)視為標桿的特斯拉4680以正負極應(yīng)用干法電極工藝為目標。
在特斯拉的設(shè)計下，干法工藝相較于傳統(tǒng)的濕法工藝，可以顯著提高電池能量密度，并通過簡化工藝流程、省去濕法工藝中的溶劑顯著降低成本。據(jù)特斯拉估算，干法電極工藝可以將生產(chǎn)成本降低16%，產(chǎn)線投資成本降低34%，極片生產(chǎn)占地減少70%。
即便如此，多年來，特斯拉也只在負極實現(xiàn)了干法的突破，成本更高的正極仍從 LG 新能源和兩家中國電池公司采購濕法正極。
2024年7月消息稱，干法正極的4680電池設(shè)計已經(jīng)定型，將會推動特斯拉4680產(chǎn)能向前一大步。但2024年9月特斯拉第1億顆4680下線，至今并未有確切消息顯示正負極均為干法工藝的4680實現(xiàn)了大規(guī)模量產(chǎn)。
盡管大圓柱電池確實在車端放量陷入遲滯，但可以確定的是，2024年大圓柱通過在多元場景的滲透迎來GWh級別的放量“拐點”。
面對動力大圓柱電池的差異化要求，產(chǎn)業(yè)還需要時間對高鎳正極+摻硅負極材料體系、干法電極工藝、鋼殼圓柱焊接等問題做進一步解決。
那么拐點之后，大圓柱全面“爆發(fā)”是在2025還是在更遠的未來?在方形電池技術(shù)迭代如此之快的情況下，中國鋰電產(chǎn)業(yè)鏈還值得押注大圓柱電池嗎?
大圓柱電池有望在2025年迎來爆發(fā)嗎?
展望2025，大圓柱電池放量“爆發(fā)”表現(xiàn)出三方面的機會。
機會一：以特斯拉、寶馬為代表的國際車企搭載大圓柱電池車型加速推向市場，拉動頭部電池企業(yè)46系大圓柱儲備產(chǎn)能釋放。2025H1為全球動力大圓柱電池產(chǎn)能規(guī)劃量產(chǎn)關(guān)鍵節(jié)點。
綜合寧德時代、億緯鋰能、LG新能源、三星SDI、國軒高科、比克電池等大圓柱產(chǎn)能規(guī)劃，各電池企業(yè)將在2025年實現(xiàn)10GWh級的大圓柱量產(chǎn)，主要集中在2025H1，在2026進一步擴大規(guī)模。多家規(guī)模在30-50GWh，特斯拉與億緯鋰能規(guī)模超100GWh。
2024年7月前，特斯拉自產(chǎn)的4680電池，每周產(chǎn)能只夠裝1000輛 Cybertruck。未來，特斯拉將把4680電池廣泛應(yīng)用于其他車型中，包括Model Y、Semi半掛式卡車、Cybertruck和Roadster 2電動跑車等。有分析指出，在這一需求節(jié)奏下保守估計到2025年底4680產(chǎn)能將超過70GWh。
億緯鋰能堅定大圓柱電池路線多年，公司董事長劉金成在2024年末再次表達對圓柱電池表示看好。
億緯鋰能已在2023年內(nèi)披露，公司46系列大圓柱電池已取得未來5年客戶意向性訂單合計約472.31GWh。2024年半年報顯示，46系電池累計裝車超2.1萬臺，單臺最長行駛里程超過8.3萬公里。
2024年12月，億緯鋰能再次就大圓柱電池分享觀點，2025年多種材料體系((LMX、LFP、NCM))的大圓柱電池將迎來“元年”，認為圓柱較方形更適合插混，并預(yù)計2025年大圓柱需求預(yù)計5GWh。
與億緯鋰能一樣，寧德時代同為拿到寶馬大圓柱訂單的供應(yīng)商。2024年12月，寧德時代寶馬供應(yīng)商大會上宣布，2026 年開始，寧德時代將陸續(xù)在全球和中國為寶馬“新世代”架構(gòu)的純電車型供應(yīng)圓柱電池。寶馬2026年將在沈陽投產(chǎn)首款新世代車型，并根據(jù)中國消費者需求進行量身定制。
為配套寶馬，寧德時代將在中國和歐洲的兩座電池工廠生產(chǎn)46系圓柱電池，規(guī)劃每座電池工廠產(chǎn)能20GWh，為全球貢獻40GWh新型46系大圓柱產(chǎn)能。
機會二：多元新興市場崛起，高倍率市場有望大圓柱電池打開多元需求增量。
一個不容忽視的變化是，全極耳工藝越來越成熟，在小圓柱中已經(jīng)引發(fā)變革，全極耳小圓柱電池已在全球電動工具、小動力、無人機市場風(fēng)靡，在這些應(yīng)用中帶來了直接的倍率提升與效率升級，獲得市場認可。
在航空動力電池這一對倍率性更為關(guān)注的賽道中，大圓柱電池正實現(xiàn)逐步滲透。
中創(chuàng)新航(14.16, 0.26, 1.87%)半固態(tài)“頂流”圓柱電池支持10C+持續(xù)性放電，已經(jīng)為小鵬飛行汽車供貨;凌頂能源也以大圓柱結(jié)構(gòu)為核心推出航空動力電池，實現(xiàn)向多家代表性無人機、eVTOL企業(yè)供貨。
機會三：干法工藝、硅基負極等動力大圓柱所面臨的產(chǎn)業(yè)化卡點，也在掣肘固態(tài)電池發(fā)展，固態(tài)電池產(chǎn)業(yè)化熱潮將驅(qū)動產(chǎn)業(yè)在更短的時間內(nèi)交出更優(yōu)的解法。
目前，干法電極在電極材料的選擇與改性、材料勻漿、輥壓精度、工藝參數(shù)的精確控制、生產(chǎn)效率低方面均存在難點，且并非孤立存在，需要電池、材料、設(shè)備端共同解決。
逸飛激光與松山湖材料實驗室達成合作，聯(lián)合開發(fā)新型結(jié)構(gòu)化極片與激光微加工技術(shù);專注干法電極工藝的企業(yè)納科諾爾與歐陽明高院士工作站聯(lián)合打造的固態(tài)電池實驗室項目也在近日開工。
中國鋰電產(chǎn)業(yè)鏈還值得押注大圓柱電池嗎?
最后，在方形電池技術(shù)迭代如此迅速的情況下，國內(nèi)產(chǎn)業(yè)鏈還需要重視大圓柱電池嗎?高工鋰電現(xiàn)在的答案是“需要”。
這一問題的提出，與寧德時代董事長曾毓群與馬斯克在2024年末的“激烈辯論”不無關(guān)系。曾毓群透露，在這次辯論中，他向馬斯克論述了大圓柱電池為什么不行，馬斯克對此陷入沉默。
業(yè)內(nèi)確實對大圓柱存在信心搖擺的情緒。有數(shù)據(jù)指出，2024年大圓柱電池新增投產(chǎn)線產(chǎn)能不足10GWh。如此看來，與頭部企業(yè)產(chǎn)能規(guī)劃對比，實際新增產(chǎn)能謹慎得多。像億緯鋰能如此，企業(yè)領(lǐng)袖劉金成堅持公開表示重押大圓柱電池路線的企業(yè)越來越少。
從電池設(shè)計看，適配多元的材料體系，圓柱電池在能量密度、倍率性能、成組效率、標準化、成本多維度具備極強的綜合優(yōu)勢。縱觀電動工具、二輪車、儲能、新能源汽車，甚至無人機、eVTOL、人形機器人等新興市場，圓柱電池都能與方形甚至是半固態(tài)電池較個高下。
億緯鋰能、小鵬汽車也表達過，車企希望電池技術(shù)能夠平臺化、大規(guī)模應(yīng)用，以解決實際需求，大圓柱的標準化優(yōu)勢與這一訴求契合。
市場對于大圓柱電池抱有極大的期待，橫亙在大圓柱電池與市場應(yīng)用之間的，是材料、工藝等方面的工程化難題。
但全極耳工藝的突破已為18系、21系小圓柱電池打開更廣闊的高倍率市場，對于大圓柱，隨著上述工程化問題得以解決，良率、效率、與成本突破后，大圓柱電池將進一步對方型電池市場構(gòu)成威脅。只是面對大圓柱系列工程化問題，堅持攻克還是調(diào)轉(zhuǎn)方向，是個問題。
目前，中國鋰電產(chǎn)業(yè)鏈已在全球具備顯著的優(yōu)勢，擁有成熟的產(chǎn)業(yè)鏈基礎(chǔ)，可以自由地擁抱全球大市場。這是可以孕育任何優(yōu)勢鋰電技術(shù)的土壤，也是任何優(yōu)勢技術(shù)想要彎道超車時的對標對象。
2024年，產(chǎn)業(yè)鏈對固態(tài)電池產(chǎn)業(yè)化表現(xiàn)出空前的決心，實現(xiàn)了固態(tài)電池技術(shù)向前的一大步。大圓柱電池產(chǎn)業(yè)化或許也需要等待時機，迎來新突破，而堅持大圓柱技術(shù)路線也必將對電池企業(yè)的造血能力是個不小的考驗。
國內(nèi)，寧德時代、中創(chuàng)新航、億緯鋰能這些位列全球動力電池裝機量前列造血能力更強的電池企業(yè)，仍在對大圓柱電池做產(chǎn)業(yè)化突破。
寧德時代為寶馬新世代推出的大圓柱有4680、4695兩種規(guī)格，有消息稱寧德時代研發(fā)的大圓柱電池循環(huán)壽命是業(yè)內(nèi)的3倍以上，能量密度比業(yè)內(nèi)高出10%。
中創(chuàng)新航定位于高端動力市場的“頂流”大圓柱電池產(chǎn)品已實現(xiàn)裝車，甚至搭載eVTOL，該電池采用固液混合電解液，極限溫度耐受可達200℃，能量密度高達350Wh/kg，支持10C+持續(xù)性放電，滿足飛行汽車整個航程的適應(yīng)性。“頂流高能-超級飛行電池”計劃于2026年上市。
2024年，億緯鋰能推出了大圓柱Omnicell電池，具備6C快充能力包含包括高比能材料體系技術(shù)、全極耳連接技術(shù)、大圓柱平臺工藝技術(shù)、熱蔓延安全控制技術(shù)在內(nèi)的多項新型技術(shù)的研發(fā)突破。
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