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為何大圓柱電池在儲(chǔ)能領(lǐng)域放量先于動(dòng)力？動(dòng)力大圓柱產(chǎn)業(yè)化存在哪些卡點(diǎn)？
2020年特斯拉公布4680后，全球車企與電池企業(yè)重拾對(duì)大圓柱技術(shù)路線關(guān)注。然而，四年多時(shí)間過(guò)去，大圓柱電池在動(dòng)力端的放量顯然不及預(yù)期。業(yè)內(nèi)曾判斷2023年會(huì)是大圓柱電池放量“元年”，但實(shí)際的量產(chǎn)裝車進(jìn)度陷入滯后。
反觀2024年市場(chǎng)動(dòng)態(tài)，大圓柱電池反而在儲(chǔ)能領(lǐng)域加速放量。億緯鋰能、鵬輝能源、時(shí)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(chǔ)能LFP（磷酸鐵鋰）大圓柱電池，并實(shí)現(xiàn)出貨。
值得發(fā)問(wèn)的是，為何大圓柱電池在儲(chǔ)能領(lǐng)域放量先于動(dòng)力？動(dòng)力大圓柱產(chǎn)業(yè)化存在哪些卡點(diǎn)？仍有觀點(diǎn)認(rèn)為大圓柱電池將在2025年迎來(lái)放量元年，其放量有望在2025迎來(lái)“爆發(fā)”嗎？在方形電池技術(shù)迭代如此之快的情況下，國(guó)內(nèi)鋰電產(chǎn)業(yè)鏈還值得重押大圓柱電池嗎？
高工鋰電將梳理大圓柱電池產(chǎn)業(yè)化中的進(jìn)展與卡點(diǎn)，對(duì)以上問(wèn)題進(jìn)行探討，上篇將重點(diǎn)探討為何大圓柱儲(chǔ)能電池放量先于動(dòng)力，動(dòng)力、儲(chǔ)能大圓柱電池的哪些差異導(dǎo)致了放量節(jié)奏的不同。
儲(chǔ)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(chǔ)能領(lǐng)域的應(yīng)用實(shí)現(xiàn)了倍數(shù)增長(zhǎng)，特別是在增量市場(chǎng)上。據(jù)高工產(chǎn)研（GGII）《2024年中國(guó)大圓柱鋰電池行業(yè)發(fā)展藍(lán)皮書》，大圓柱電池在儲(chǔ)能領(lǐng)域走俏，尤其在便攜式儲(chǔ)能、戶用儲(chǔ)能對(duì)電池倍率性要求更高的場(chǎng)景中，兩大領(lǐng)域出貨同比增速在2024年突破100%，并預(yù)計(jì)到2030年出貨量將達(dá)100GWh。
此前便攜式儲(chǔ)能、戶用儲(chǔ)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(shì)的基礎(chǔ)上，提供了更高的成組效率，有助于進(jìn)一步降低成本，驅(qū)動(dòng)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(chǔ)能。而戶用儲(chǔ)能對(duì)電池倍率性能要求更高，大圓柱放量信號(hào)更為顯著，GGII數(shù)據(jù)顯示，2024年戶用儲(chǔ)能領(lǐng)域大圓柱電池應(yīng)用已達(dá)GWh規(guī)模。
另外，6系大圓柱也開(kāi)始應(yīng)用于工商業(yè)儲(chǔ)能領(lǐng)域。時(shí)代聯(lián)合第五代“60系列”LFP儲(chǔ)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(kuò)產(chǎn)方面，對(duì)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?cái)U(kuò)產(chǎn)項(xiàng)目中，就有31億元用于23GWh圓柱磷酸鐵鋰儲(chǔ)能動(dòng)力電池項(xiàng)目，另外19億元用于21GWh大圓柱乘用車動(dòng)力電池。整體看來(lái)，大圓柱電池產(chǎn)業(yè)化在儲(chǔ)能領(lǐng)域向前一大步。另外，GGII還指出，與便攜式儲(chǔ)能、戶用儲(chǔ)能類似，兩輪車領(lǐng)域大圓柱電池出貨增速也超100%，增速達(dá)150%，出貨量2.5GWh。GWh級(jí)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(diǎn)已成業(yè)內(nèi)共識(shí)。
為何儲(chǔ)能大圓柱電池放量先于動(dòng)力？
GGII在藍(lán)皮書中指出，大圓柱在儲(chǔ)能以及兩輪車領(lǐng)域放量的特點(diǎn)之一，是替代容量相近方型/軟包電池，對(duì)比方型比能、倍率、成組效率更高，對(duì)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(jìn)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(shì)開(kāi)始顯現(xiàn)，為放量奠定基礎(chǔ)。
一方面，產(chǎn)業(yè)對(duì)大圓柱電池工藝達(dá)成共識(shí)。比克電池此前表示，如正極端子的焊接方式就有超聲焊、點(diǎn)焊和穿透焊等多種選擇。然而，到了2024年，業(yè)內(nèi)對(duì)于頭部端子的焊接已經(jīng)基本上達(dá)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(lái)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(duì)于大圓柱更具挑戰(zhàn)的環(huán)節(jié)，都有進(jìn)一步的工藝升級(jí)。例如，通過(guò)優(yōu)化全極耳成型工藝、焊接技術(shù)、改進(jìn)卷繞對(duì)齊度控制等措施，來(lái)克服制程工藝中的難題，以實(shí)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(jìn)步還無(wú)法達(dá)到動(dòng)力市場(chǎng)預(yù)期。
儲(chǔ)能、動(dòng)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(shí)現(xiàn)動(dòng)力市場(chǎng)理想中的高能量密度、快充、低成本目標(biāo)，動(dòng)力大圓柱還有更多工程化難題需要解決。不同于儲(chǔ)能大圓柱以LFP材料體系為主，因動(dòng)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(zhǔn)300Wh/kg以上），動(dòng)力大圓柱通常采取高鎳正極+摻硅負(fù)極的材料體系。問(wèn)題在于這類材料體系提高能量密度的同時(shí)，也會(huì)帶來(lái)更高的產(chǎn)氣與熱安全風(fēng)險(xiǎn)。
另外，材料體系還需要考慮與全極耳結(jié)構(gòu)適配的問(wèn)題。全極耳結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)在理論上具備更快的充放電優(yōu)勢(shì)，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(fù)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(lái)增強(qiáng)導(dǎo)電性，從而補(bǔ)償大圓柱快充性能。
此外，硅負(fù)極本身易于膨脹的特性也對(duì)負(fù)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(dòng)力大圓柱負(fù)極中硅含量會(huì)有所提高，產(chǎn)氣問(wèn)題會(huì)更嚴(yán)重，更需要大圓柱結(jié)構(gòu)上具備高剛性，更適合用于動(dòng)力大圓柱。而儲(chǔ)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(duì)鋼殼氧化，鋼殼焊接需進(jìn)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(biāo)桿的特斯拉4680以正負(fù)極應(yīng)用干法電極工藝為目標(biāo)。在特斯拉的設(shè)計(jì)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(guò)簡(jiǎn)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(lái)，特斯拉也只在負(fù)極實(shí)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(guó)電池公司采購(gòu)濕法正極。
2024年7月消息稱，干法正極的4680電池設(shè)計(jì)已經(jīng)定型，將會(huì)推動(dòng)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(fù)極均為干法工藝的4680實(shí)現(xiàn)了大規(guī)模量產(chǎn)。而針對(duì)上述工程化難點(diǎn)產(chǎn)業(yè)化行至何處？大圓柱電池放量會(huì)在2025還是更遠(yuǎn)的未來(lái)？大圓柱“元年”之問(wèn)（下），高工鋰電將繼續(xù)追問(wèn)。
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