特斯拉引领4680电池创新,推出四款全干法型号,全球大圆柱电池市场呈现分化趋势

锂电联盟会长 2024-10-12 12:41

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在干法正极工艺得以确认并实现1亿颗电芯的半干法量产之后,最近市场上有消息称特斯拉计划推出四款全新的全干法4680电池,这些电池将被应用到多款电动汽车上。与此同时,在中国,大圆柱电池在储能和eVTOL等领域的应用消息不断涌现。
随着46系大圆柱电池产业化进程的加快,其发展方向也日益多元化,展现出多种发展路径。这表明大圆柱电池技术正在向不同领域扩展,其应用范围和市场潜力正在得到进一步的认可和挖掘。

特斯拉重押全干法4680动力

据外媒披露,特斯拉将于2026年集中更新四款全干法4680电池,分别以“NC05”、“NC20”、“NC30”和“NC50”为代号,NC指代 new cell。

在产品线中,NC05型号注重耐用性,预计将用于Robotaxi和Semi卡车等,这暗示可能会采用磷酸铁锂正极材料,以实现低成本和长寿命的目标;而NC20型号则专注于提升系统能量密度,预计将配备在SUV和Cybertruck等车型上。
目前,NC30和NC50型号仍在研发中,可以确定的是它们将首次采用硅碳负极材料,且硅碳的掺杂比例将“谨慎”控制在大约8%,以增强电池的循环寿命和快速充电能力。NC30型号预计将用于轿车,而具有更高体积能量密度的NC50型号预计将应用于特斯拉新一代的双座跑车Roadster。
在第二季度的财报电话会议上,特斯拉宣布其干法正极的量产工艺已经完成设计定稿,并计划在年底前实现全干法4680电池的量产。结合之前的信息,这项工艺主要解决了干法正极颗粒混合不均匀容易损害辊压设备,以及极片卷绕良率控制的问题。

上述外媒还援引内部人士指出,目前特斯拉全干法正极试验产线的良率仅在20-30%,但于2025年H1达到90%良率、支持全干法4680批量上车Cybertruck、且周产量达到2-3k辆的目标并未改变。为此,特斯拉已计划将全干法4680产线挪至规模更大的、升级改造后的德州奥斯汀工厂。

在半干法4680电池领域,特斯拉于今年9月宣布了一个重要的里程碑,即第1亿颗电池的成功下线。值得注意的是,从6月份的5000万颗到9月份的1亿颗,特斯拉在短短三个月内实现了大圆柱电池产量的翻倍增长。
与此同时,特斯拉的4680电池生产合作伙伴LG新能源和松下也在积极推进电池的生产工作。LG新能源在8月宣布已启动4680电池的试生产,并计划在年底前实现大规模生产。紧随其后,松下在9月表示已经完成了4680电池量产的所有准备工作。这些进展表明,特斯拉及其合作伙伴在4680电池的生产能力上正在取得显著的进步。

从以上企业的动态来看,海外电池企业正不断加码4680大圆柱电池量产,该趋势由以特斯拉为代表的终端主机厂强势引领和驱动。对于主机厂而言,标准大圆柱电芯的量产,将有利于减少供应链成本,同时缩短车型产品的换代时间、提高制造效率。

国内大圆柱探索多元场景应用

相较于特斯拉继续重押4680动力,国内对于大圆柱电池非动力领域应用的探索则十分活跃,包括数码、储能、eVTOL等。

曾有电池厂人士指出,国内车企对于46系大圆柱的接受程度相较海外并不高。

结合市场数据来看,国内大圆柱动力电池的主要供应企业,其1-8月累计装车在个位数GWh级别,公开配套车型也未上量,暂以混动车型为主。国轩高科于上半年发布的三元4695大圆柱动力电池“星晨”,支持4C快充,将在四季度迎来量产,但也将首先向海外主机厂供应。

而综合大圆柱电池在高安全、高充放倍率(全极耳可有效降低电池内阻和发热量),高能量密度(搭载高容量正负极活性材料)、低量产成本上的多重优势,以及国内方形电池在动力领域超高渗透的背景来看,大圆柱在国内向非动力终端的应用并不意外。这也符合动力电池企业制定全场景锂电池方案,获取更多市场增量的策略变化。

其中在对安全性、成本控制要求较高的储能领域,铝壳+多极耳+铁锂体系的路线已被广泛采用,国轩高科3系大圆柱、鹏辉能源4系大圆柱、时代联合6系大圆柱电池等已在工商业储能、户储等领域得到批量应用。

最近,大圆柱形储能电池在产品更新和产能扩张方面取得了显著进展。在产品开发方面,鹏辉能源推出了新一代的大圆柱HOME-II电池,该产品采用了双重防爆安全结构,能够承受8倍加速度下的24小时连续极端冲击测试,并且已经通过了热失控测试。
在产能扩张方面,亿纬锂能在9月初宣布计划通过发行可转换债券筹集50亿元人民币,其中31亿元将用于建设一个23GWh的圆柱形磷酸铁锂储能和动力电池项目。
今年2月,力华电源科技启动了其25GWh大圆柱储能电池项目,总投资额达到100亿元。该项目将配备全自动的储能电池生产线,专注于生产“46直径系列”的大圆柱电池。
金钠科技的大圆柱形储能钠电池研发和制造项目也在年初于福建诏安正式签约,预计总投资将达到8亿元人民币。

eVTOL低空飞行器则在今年双双吸引了来自市场和大圆柱企业的关注。该领域价格敏感度低,但在安全、能量密度、功率密度等关键性能上要求更为严苛,成为了大圆柱技术迭代的重要推力,以及产品验证的绝佳场景。

在产品方面,亿纬锂能依托今年新推出的Omnicell大圆柱电池,开发了专为eVTOL(电动垂直起降飞行器)设计的全套解决方案。该方案具备320Wh/kg的能量密度,能在10分钟内充电至80%,全生命周期内可实现10C的持续输出能力,并拥有超过7000次的循环寿命。目前,公司已向海外航空合作伙伴提供了A样产品,并正在协助其获得相应的航空认证。
中创新航于8月推出了顶级能量密度的飞行大圆柱电池,采用半固态技术,能量密度可达350Wh/kg,计划在2026年应用于eVTOL。公司已与小鹏汇天正式签署合作协议,双方将在低空经济领域进行深入合作。
针对eVTOL市场,比克电池推出了320Wh/kg的半固态大圆柱电池产品,并已逐步实现能量密度突破390Wh/kg和450Wh/kg,最终目标是过渡到全固态电池。其大圆柱全极耳4680电芯的能量密度达到300Wh/kg,能在13分钟内将电量从10%充至80%。全极耳4695电芯的能量密度则超过了270Wh/kg。

不难看出,电池企业对细分领域需求的把握,也催生了国内大圆柱电池技术路线的分化,固态电池技术应用于大圆柱电池上正在成为最新趋势。
减少液态电解质的使用,不仅有助于提升电池的安全性和能量密度,而且在生产过程中也在一定程度上减轻了全极耳结构对电解液浸润效果的影响。 
除了创新航和比克电池之外,正力新能也在今年推出了名为“正力·骐龙”的双重半固态超长续航大圆柱电池。这款电池融合了固态电解质修饰的超高镍正极、固态电解质复合隔膜、同侧出极耳等多项创新技术,能够实现单个大圆柱电池的能量密度高达306Wh/kg,单颗电芯的容量达到49.5Ah。
创明新能源的宽温准固态大圆柱电池全自动高速生产线也已于今年8月正式投入运行。

大圆柱整线交付提速

国内大圆柱电池企业对于终端需求感知、应用场景和技术路线选择的分化、细化,已落实至产能布局层面。这也带动了配套设备的出货。

相较于方形、软包电池,大圆柱电池在制造上的新增供了极耳模切、成型与集流盘焊接等工序。国内与特斯拉在制造工艺上的分化集中在极耳成型环节,国内以揉平为主,特斯拉主要是切叠/切折。

揉平技术已经相当成熟,当前面临的主要挑战是如何进一步提升空间利用率、控制碎屑产生以及降低对电解液浸润的影响。相比之下,切叠工艺由于涉及的工序较多,其生产效率尚有较大的提升空间。 
逸飞激光创新性地开发了揉平式成型技术,率先实现了行星式无损整形技术的突破,能够完成全极耳结构的无损成型。 
同时,对于大圆柱电池的生产,包括模切、焊接和封口在内的关键工序,正逐渐向激光技术转型。在精密激光加工领域积累丰富的企业,已经迅速抓住了这一发展机遇,其大圆柱电池自动化生产线的交付能力正在持续增强。

基于在激光加工设备上的长期布局,以及在极耳揉平技术上的综合突破,逸飞激光已具备成熟的圆柱全极耳电芯自动装配线的交付能力。近期,逸飞激光46系大圆柱电池量产线迎来千PPM级批量交付,陆续下线50/120/150/240/300/360 PPM等多条量产线。

年初,海目星激光大圆柱电池装配线已实现出货,采用直线式布局,产线效率≥60PPM,良率≥99.8%;7月,由海目星激光开发的大圆柱电池真空干燥整线方案交付,具备单机100PPM+产能潜力,故障率≤1%。

总的来看,国内大圆柱电池已从技术、产品突破向应用场景拓宽、设备规模交付,产业化确定性也不断增强。
来源:高工锂电
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