“行業(yè)的王者”，“未來5-10內(nèi)中高端電動(dòng)車的最優(yōu)解”，“可能是動(dòng)力電池終極技術(shù)方向”……對(duì)于大圓柱電池，業(yè)內(nèi)毫不吝嗇溢美之詞。特斯拉CEO馬斯克表示，特斯拉未來所有的電動(dòng)車型，都將使用4680大圓柱電池。他雄心勃勃地聲稱，公司未來的目標(biāo)是將4680電池產(chǎn)能擴(kuò)展到每年1000GWh。

目前全球不少汽車制造商都已宣布，未來幾代汽車將采用具有創(chuàng)新極耳設(shè)計(jì)的大圓柱電池。寶馬集團(tuán)表示，計(jì)劃將從2025年起在“新世代”車型中使用46mm標(biāo)準(zhǔn)直徑的大圓柱電池。蔚來、保時(shí)捷、江淮、東風(fēng)嵐圖等多家整車廠也均表示旗下車型會(huì)搭載4680大圓柱電池，戴姆勒、大眾、小鵬、一汽等也均在考慮使用。

在電池制造商方面，國(guó)內(nèi)的寧德時(shí)代、億緯鋰能、比克電池、遠(yuǎn)景動(dòng)力，國(guó)外的松下、LG新能源、三星SDI等都已經(jīng)確認(rèn)正在進(jìn)行4680型圓柱電池的原型開發(fā)。業(yè)內(nèi)研究機(jī)構(gòu)指出，預(yù)計(jì)未來幾年全球會(huì)有更多車企及電池廠將跟進(jìn)4680電池結(jié)構(gòu)創(chuàng)新的趨勢(shì)，這或?qū)⒊蔀閳A柱動(dòng)力電池大規(guī)模應(yīng)用的轉(zhuǎn)折點(diǎn)。

新年伊始，大圓柱電池賽道就開啟了“超燃模式”，眾玩家頻頻“亮劍”。1月28日，總投資130億元的比克電池常州生產(chǎn)基地項(xiàng)目簽約，將建設(shè)大圓柱電池產(chǎn)線及國(guó)際化研發(fā)中心，建成后總產(chǎn)能為30GWh。根據(jù)規(guī)劃，比克未來將在海內(nèi)外擴(kuò)充80GWh的電池產(chǎn)能。近期，特斯拉則宣布計(jì)劃在美國(guó)內(nèi)華達(dá)州追加投資36億美元，擴(kuò)建其現(xiàn)有的超級(jí)工廠，這其中包括生產(chǎn)4680大圓柱電池，規(guī)劃年產(chǎn)能100GWh。

另外，有媒體報(bào)道稱，通用汽車希望在未來的電動(dòng)車型中從軟包電池轉(zhuǎn)向圓形電池。迄今為止，通用汽車一直使用LG新能源制造的軟包電池，“通用汽車未來很可能會(huì)采用特斯拉首創(chuàng)的4680規(guī)格的大圓柱電池，”媒體如此評(píng)論說。

未來隨著大圓柱電池良品率提升與成本下降，大圓柱電池裝機(jī)量有望提速。比克電池預(yù)測(cè)，2025年到2035年在中高端汽車市場(chǎng)上大圓柱電池將會(huì)占據(jù)絕對(duì)的統(tǒng)領(lǐng)地位。比克電池副總裁樊文光指出，當(dāng)下的動(dòng)力電池市場(chǎng)方殼、軟包、圓柱三分天下，各方面的性能優(yōu)勢(shì)決定了大圓柱動(dòng)力電池是未來5-10內(nèi)中高端電動(dòng)汽車的最優(yōu)解。

根據(jù)光大證券的研報(bào)預(yù)測(cè)，在特斯拉等銷量高企、4680技術(shù)不斷成熟的背景下，預(yù)計(jì)2025年全球4680電池裝機(jī)量預(yù)計(jì)將達(dá)264GWh，在全球動(dòng)力電池裝機(jī)量和圓柱電池裝機(jī)量中的滲透率分別達(dá)到22%和68%。

超級(jí)“六邊形選手”

從技術(shù)上講，大圓柱電池可以被叫做“六邊形選手”，它各方面的性能是最均衡的。

目前幾種主流形態(tài)中，圓柱電池安全性最高，這主要由于其單體和電池包結(jié)構(gòu)特性，單體最小，有效分散風(fēng)險(xiǎn)；單獨(dú)外殼保護(hù)和獨(dú)立泄壓裝置，多重保障；電芯蜂窩狀排列，空隙保障了足夠大的單體與外部熱交換面積；更重要的是,中心對(duì)稱的圓形結(jié)構(gòu)可以在全生命周期有效束縛內(nèi)部極片的膨脹，使得電芯外部不發(fā)生任何形變。

“大圓柱的高安全性，使它成為搭載兼顧高能量和超級(jí)快充的最佳載體?！庇袠I(yè)內(nèi)人士分析指出。大圓柱電池能夠在保障安全和足夠的續(xù)航里程的同時(shí)，進(jìn)一步提升快充性能，助力電動(dòng)車使用體驗(yàn)媲美燃油車。

去年年底，一篇發(fā)表于國(guó)際頂級(jí)能源類期刊《Journal of Power Sources》的學(xué)術(shù)論文引起了業(yè)內(nèi)關(guān)注，該論文首次采用了真實(shí)商業(yè)化的全極耳大圓柱電池，驗(yàn)證了12分鐘超級(jí)快充的可能性，全面展示了開發(fā)成熟的全極耳大圓柱電池的巨大潛力。值得一提的是，這篇文章采用的電芯來自中國(guó)制造商，在國(guó)內(nèi)率先發(fā)布4680電芯的比克電池。

通過模擬計(jì)算和實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，該論文探究了幾種條件下電芯的最優(yōu)化充電時(shí)間和熱管理策略，使得在電芯不發(fā)生析鋰的前提下：20°C環(huán)境下，可在11分53秒內(nèi)將電池電量從10%充到80%；在零下20°C環(huán)境下，可將10%-80%的快充時(shí)間優(yōu)化到15分58秒的水平。這些發(fā)現(xiàn)為行業(yè)提供了大圓柱電池快充性能展望：從10%充電狀態(tài)到80%充電狀態(tài)只用不到12分鐘。

探究起來，快充性能的本質(zhì)依然是體系的能量密度，因?yàn)楦痰某潆姇r(shí)間與更高的能量密度可以說是魚與熊掌的關(guān)系，快充性能的提升勢(shì)必會(huì)對(duì)能量密度提出挑戰(zhàn)。而大圓柱電芯的高安全上限，使得它可以支持更高能量密度的化學(xué)體系。例如高鎳三元正極、硅碳負(fù)極等，這些都是在方形和軟包等平行極片結(jié)構(gòu)的電芯上很難實(shí)現(xiàn)應(yīng)用的體系。

而在成本方面，大圓柱電池優(yōu)勢(shì)也十分明顯。例如，特斯拉4680圓柱電芯的制造成本比2170圓柱電芯成本要低17%左右，生產(chǎn)速度最高可提升7倍。馬斯克希望未來把4680成本降至70美元/kWh，預(yù)計(jì)屆時(shí)其電池生產(chǎn)成本較目前中國(guó)國(guó)內(nèi)動(dòng)力電池的生產(chǎn)成本下降約一半。

不同于特斯拉的全極耳技術(shù)

雖然大圓柱電池具備優(yōu)異的性能和廣闊的應(yīng)用前景，不過目前全球范圍內(nèi)擁有成熟技術(shù)的企業(yè)并不多，而比克電池是其中的佼佼者之一。據(jù)了解，自2021年初在國(guó)內(nèi)率先發(fā)布全極耳大圓柱電池至今，比克在大圓柱電池技術(shù)研發(fā)和市場(chǎng)化推進(jìn)上持續(xù)領(lǐng)先。與特斯拉的無極耳概念類比，經(jīng)過多年的探索，比克電池形成了獨(dú)有的全極耳技術(shù)路線。

比克全極耳技術(shù)通過對(duì)結(jié)構(gòu)件的優(yōu)化設(shè)計(jì)，及生產(chǎn)設(shè)備和工裝夾具的配合，實(shí)現(xiàn)了比傳統(tǒng)圓柱電芯還要高效的工藝解決方案。經(jīng)測(cè)試，采用全極耳的電芯，比同體系傳統(tǒng)單極耳電芯的內(nèi)阻降低了70%以上。這意味著極高的功率輸入（充電）及輸出（放電），受到了國(guó)際客戶的廣泛認(rèn)可。

憑借大圓柱的結(jié)構(gòu)優(yōu)勢(shì)，比克通過搭載高鎳正極、硅負(fù)極、摻硅補(bǔ)鋰等先進(jìn)技術(shù)，使電池能量密度大大提升，為整車提供800公里以上的續(xù)航里程。比克目前圓柱電池正極鎳含量已由Ni50提升到Ni90，容量持續(xù)提升。同時(shí)，比克硅氧材料也由一代硅發(fā)展到三代硅，將首效由77%提升至86%，基本達(dá)到與正極效率匹配，并采用了先進(jìn)的補(bǔ)鋰技術(shù)，正極利用率逐步提升。

據(jù)悉，比克大圓柱目前主要有46系、3x系和26系等系列。其中46系電芯已經(jīng)開始陸續(xù)有樣品批量交付，性能表現(xiàn)符合預(yù)期。目前電芯能量密度在280Wh/kg至330Wh/kg之間。26系則以26105鋁殼電芯為主，目前處于B樣階段，應(yīng)用于整車可達(dá)700公里以上續(xù)航，預(yù)計(jì)將于2024年量產(chǎn)，屆時(shí)能量密度將達(dá)290Wh/kg。3x系則處于二者之間，是比克為了進(jìn)一步綜合優(yōu)化性能、成本、系統(tǒng)設(shè)計(jì)等因素開發(fā)的新平臺(tái)。

在全極耳技術(shù)、先進(jìn)化學(xué)體系和電芯設(shè)計(jì)能力的加持下，比克即將量產(chǎn)的大圓柱產(chǎn)品，可以實(shí)現(xiàn)5分鐘內(nèi)將電量從10%快充至50%，相當(dāng)于200-300Km續(xù)航里程，12分鐘內(nèi)將電量從10%充至80%，相當(dāng)于520公里續(xù)航里程，同時(shí)支持高速服務(wù)站等應(yīng)用場(chǎng)景下4C以上充電倍率的超級(jí)快充需求，與現(xiàn)在的燃油車加油體驗(yàn)幾乎一致。這個(gè)數(shù)據(jù)在前述學(xué)術(shù)論文中也得到了實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的驗(yàn)證。

而在消費(fèi)者極為看重的安全性方面，通過結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，比克大圓柱電池可以使電芯實(shí)現(xiàn)定向泄壓，保證單體電芯發(fā)生熱失控時(shí)，不會(huì)蔓延到周圍的電芯產(chǎn)生連鎖反應(yīng)，保證整包層面的熱安全，從而實(shí)現(xiàn)整車層面零熱擴(kuò)散，保證電池包整體的安全和電池全生命周期品質(zhì)的始終如一。

未來大圓柱電池必定將大顯身手。市場(chǎng)研究機(jī)構(gòu)Canalys預(yù)計(jì)，2025年全球電動(dòng)車銷量將突破2000萬輛，對(duì)應(yīng)的動(dòng)力電池需求將超過1600GWh。業(yè)內(nèi)推測(cè)，到2025年大圓柱電芯至少占全球動(dòng)力電池30%以上的市場(chǎng)份額，超過2021年全球動(dòng)力電池總需求量。

不難想見，屬于大圓柱電池的春天就要到來了，也將助推全球新能源汽車產(chǎn)業(yè)發(fā)展邁向更高階段！