动力电池世界的风云变幻,常常出人意料。前些年,方形电池凭借其高效的成组效率和单体容量优势,一度在国内市场占据绝对C位,大有“一统天下”之势。然而,技术总是向前奔涌,市场的选择也并非铁板一块。如今,一股新的浪潮正在兴起,曾经在初代电动车中崭露头角的圆柱电池,经过一番“修炼”之后,正以全新的姿态——大圆柱电池,强势宣告“卷土重来”。
重返舞台的“巨人”:大圆柱电池的魅力何在?
圆柱电池并非新生事物,早在1992年就已经在日本出现。 最初的18650电池伴随特斯拉第一款跑车Roadster的成功而声名鹊起。 随后,尺寸更大的21700电池助力特斯拉Model 3成为爆款。 尽管在一段时间内被方形电池抢去了风头,但圆柱电池独特的优势从未被忽视。
现在,我们谈论的“卷土重来”并非简单的重复,而是经过技术革新后的“大圆柱电池”,其中最具代表性的便是特斯拉力推的4680电池(直径46毫米,高80毫米)。 相比之前的圆柱电池,大圆柱电池“身宽体胖”,单体容量大幅提升,一个4680电池的体积大约是21700电池的5.5倍。
那么,这些“胖子”电池为何能再次吸引行业的目光呢?它们的魅力主要体现在以下几个方面:
安全性的“铜墙铁壁”
在电动车安全备受关注的当下,电池的安全性是重中之重。大圆柱电池在安全性方面有着先天优势。首先,其圆柱形结构使得应力分布更均匀,散热性能更好。 其次,相较于方形和软包电池,大圆柱电池的钢壳设计强度更高,能有效抵抗外部冲击和内部膨胀。 此外,通过采用无极耳(或称全极耳)设计,缩短了电子传输距离,降低了电池内阻,从而减少了充电放电过程中的热量产生,进一步提升了安全性。 亿纬锂能的大圆柱电池更是采用了多重防护设计,包括高强度钢壳、双层热成型钢和航天级玻璃纤维,碰撞吸能能力远超国标。 定向泄压设计也能在极端情况下快速释放能量,降低风险。
性能的“全面跃升”
大圆柱电池的“卷土重来”也伴随着性能的显著提升。高安全上限使其可以更好地适配高能量密度的化学体系,比如高镍三元和硅基负极材料。 特斯拉的数据显示,相比21700电池,4680电池的单体电芯容量提高了5倍,续航能力提升了16%。 尽管早期有分析认为其能量密度低于21700电池, 但随着技术的不断进步,一些企业研发的大圆柱电池能量密度已经达到甚至超过300Wh/kg,甚至有更高目标。
快充性能是大圆柱电池的另一大亮点。无极耳设计大幅缩短了电子在电池内部的移动路径,显著提高了充电速度。 亿纬锂能推出的Omnicell大圆柱电池甚至具备6C快充能力,能实现5分钟补充300公里续航。
成本的“潜力股”
尽管目前大圆柱电池的生产工艺相对复杂,导致短期成本偏高, 但从长远来看,其在成本方面具有巨大潜力。标准化程度高使得自动化生产更容易实现,简化了成组过程,减少了结构件的使用。 特斯拉的4680电池还采用了干电极技术,这项技术被认为是未来降低电池制造成本、提升效率的关键。 干电极工艺可以省去溶剂的使用,简化生产流程,有望大幅降低设备投资和工厂占地面积。 特斯拉的目标是通过这些技术将每千瓦时的电池成本降低14%。
标准化的“未来语言”
在新能源汽车产业快速发展的过程中,电池的标准化是一个亟待解决的问题。不同车企、不同车型对电池尺寸、规格的需求差异巨大,导致电池生产线的柔性化要求高,一定程度上限制了规模效应的发挥。 大圆柱电池,尤其是46系等标准尺寸的推广,有望带来更高的标准化程度。 亿纬锂能认为,大圆柱电池的全链路标准化能够大幅压缩电池包的开发周期和验证成本。 这种标准化不仅有助于提升生产效率、降低成本,也为电池的回收利用提供了便利。
“新玩家”入局与“老玩家”的坚持
特斯拉无疑是大圆柱电池“卷土重来”的主要推手。 早在2020年的电池日上,马斯克就高调发布了4680电池,并对其寄予厚望。 尽管量产过程充满挑战,甚至一度被传出特斯拉内部“打退堂鼓”的消息, 但特斯拉并未放弃,其4680电池的产量持续提升,并在积极推进更先进的干法正极技术。 马斯克甚至在2024年表示,这一年将是“4680年”。
除了特斯拉,越来越多的企业开始在大圆柱电池领域进行布局。宝马集团是另一家明确将大圆柱电池视为未来技术方向的车企,其“新世代”车型将采用大圆柱电池,并已与宁德时代、亿纬锂能和远景动力等供应商达成合作。 梅赛德斯奔驰、通用汽车、保时捷、沃尔沃等国际车企也对大圆柱电池表示关注或宣布将使用该技术。
在国内市场,亿纬锂能是推广大圆柱电池最为积极的企业之一。该公司深耕圆柱电池领域二十余年,拥有深厚的技术积累,尤其是在全极耳技术方面。 亿纬锂能已经实现了大圆柱电池的量产交付,并获得了宝马、一汽奔腾、江淮等车企的定点或装车。 亿纬锂能副总裁江吉兵更是直言,“大圆柱电池是新能源汽车的最优解”。 亿纬锂能不仅布局了4680,还有4695等多种型号的大圆柱电池。
虽然宁德时代董事长曾毓群曾对特斯拉的大圆柱电池发表过负面评价,认为其“注定失败”, 但宁德时代并未完全放弃这一技术路线,其内部有代号为“金箍棒”的大圆柱电池项目,并将在2026年开始为宝马供应圆柱电池。 比亚迪作为国内方形电池的主力,也在消费类电池和储能市场布局了46系磷酸铁锂大圆柱电池, 甚至有46120等型号。 LG新能源、松下、三星SDI、比克电池、中创新航、国轩高科等国内外企业也在积极研发或量产大圆柱电池产品。
面临的挑战与未来的展望
尽管大圆柱电池优势显著,但也面临着一些挑战。生产工艺的复杂性是当前制约大规模量产和良品率提升的主要因素,特别是全极耳或无极耳制造工艺以及干法电极技术的应用。 大圆柱电池的电极涂布难度也较大。 此外,由于单体数量更多,对电池管理系统(BMS)的要求更高,增加了技术门槛和系统成本。 虽然可以适配高能量密度的化学体系,但单体电池之间的空间利用率相对较低,通过集成设计提升能量密度的空间不如方形电池的刀片或麒麟电池方案。 短期内,大圆柱电池的成本相较于磷酸铁锂电池仍处于劣势。
尽管存在挑战,但行业对大圆柱电池的未来普遍持乐观态度。随着技术的不断成熟和工艺的改进,量产效率和良品率有望持续提升,成本也将逐步下降。 尤其是在追求高性能、长续航和快充的中高端电动车市场,大圆柱电池被认为是一个有力的竞争者,有望成为最优解。
此外,大圆柱电池的应用场景也在不断拓展,除了电动汽车,还在储能、电动工具、消费电子等领域展现出潜力。 特别是带有全极耳技术的小圆柱电池,也在储能等领域焕发新生。
结论:动力电池技术路线的多元化发展
大圆柱电池的“卷土重来”并非要完全取代方形或软包电池,而是动力电池技术路线多元化发展的一个缩影。不同的技术路线各有优劣,适用于不同的应用场景和市场需求。 方形电池凭借其高成组效率和广泛的市场基础,在相当长一段时间内仍将占据重要地位。 软包电池在特定领域也有其独到之处。
大圆柱电池的再次崛起,是技术创新驱动产业进步的生动体现。它在安全性、性能和成本方面展现出的巨大潜力,吸引了全球众多车企和电池企业的投入。 虽然大规模量产和成本优化仍需时间,但随着技术的不断突破和产业链的协同发展,大圆柱电池有望在中高端电动车市场以及其他领域获得越来越广泛的应用。 动力电池领域的竞争,从未停歇,正是这种持续的创新和竞争,推动着新能源汽车产业不断向前发展,最终让消费者受益。