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        沈陽蓄電池研究所主辦

        業務范圍:科研成果轉讓、技術難題的攻關、現場指導、新工藝的采用和推廣,蓄電池產品生產許可證企業生產條件審查的咨詢等。

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        新物種4680電池:看起來很美,造出來不易

        作者: 沈陽蓄電池研究所新聞中心 來源:Mr蔣靜的資本圈

        近日,4680電池又熱鬧起來。

        去年9月,特斯拉電池日推出4680電池,一度引起騷動,但此后沉寂,近期有報道稱良品率已從去年的20%提高到了接近80%,預計明年具備量產可行性。

        無獨有偶,近日國內鋰電企業億緯鋰能公告建設20GWh大圓柱電池生產線,據稱包括4680電池。一時激起產業圈及資本圈的新一輪熱情。

        實際上,4680電池的量產并不容易,這是其本質決定的。4680總體上是方形電池的工藝思路,但套用了圓柱電池的外形結構。這樣復合的產品背景,優點突出,難怪馬斯克頗為贊賞,但問題也不可避免。

        讓我們看看這個新物種。

        4680電池本質是結構創新

        4680電池,本質上是結構創新。

        我們知道,鋰電池一般可以按照兩個維度來劃分:一是電池材料,比如三元、磷酸鐵鋰、錳酸鋰、鈦酸鋰、無鈷電池等,這是電化學課題;另一個是電池結構,比如圓柱、方形、軟包、刀片,這個更像是物理課題。

        4680電池,是圓柱電池從較小的1865到2170之后,進一步做大的創新。1865的電池容量一般為2.6-3.5Ah,2170一般為4-5Ah,而4680可以做到20-30Ah,電池容量有了5倍左右的提升。

        圓柱電池的大小型號較少,但方形電池基于結構優勢,從小到大的型號則比較豐富,小方形可以50Ah,大方形可以到200Ah以上,市面上五花八門。

        刀片電池,本質上也是電池結構從小到大的創新,比亞迪刀片電池為138.5Ah(磷酸鐵鋰),近期蜂巢能源推出的短刀片電池為184Ah(磷酸鐵鋰)。

        電池結構創新,往往對工藝要求較高,甚至需要不同的生產設備。比如刀片電池因為較大,需要采用疊片的方式,而一般方形電池仍然可以采用卷繞的方式。

        優點突出,看起來很美

        鋰電池作為生產資料,主要性能指標包括安全性、能量密度、循環次數、成本等,有些跟電池材料有關,有些跟物理結構有關。

        4680電池,既然是結構創新,那這種結構相對小圓柱、方形或軟包結構,帶來的主要好處是:

        散熱性及安全性:直徑增加,卷繞變長,采用無極耳設計并使用銅箔,有助于降低內阻、減少發熱。軸向散熱,底部面積較大,也可以提高散熱性。系統集成之后,圓柱相對于方形或軟包的散熱性也更好。此外,一致性也比較好。

        能量密度提升:電池容量更高,單體能量密度可以更高。同時,圓柱電池的系統集成度更高,甚至可以直接CTC,系統能量密度也可以大幅提高。

        直接生產成本降低:制造設備成本比方型電池低40%以上,制造速度比相同容量的方型電池快2倍以上,五金件成本比方型電池便宜20%以上,集成比較簡單特別是外部連結器焊接比較簡單。

        4680電池,在電芯層面具有方形電池的技術特點,可以做到更高的電池容量和能量密度,同時基于大圓柱背景的無極耳設計及銅箔使用可以大幅提高電芯的散熱性,而圓柱型外形結構的系統集成度更高,可以直接CTC,系統散熱性也很好。這樣的特點,對安全性更加敏感的三元材料更有吸引力。

        難怪特斯拉對4680電池如此青睞。作為圓柱電池的擁躉,在滿足系統集成度高的前提下,迫切需要一款能夠提高能量密度并滿足三元材料安全性要求的電池,4680似乎是最優解。

        制造方案完全創新,量產不易

        4680電池看起來確實很美,尤其是三元4680對于中高檔乘用車而言,更是好鞍配好馬,這也是為什么特斯拉、寶馬等都對4680情有獨鐘。

        但是,4680電池目前的關鍵問題是制造,也就是如何達到規?;慨a效率。

        過去一年,特斯拉把良品率從20%提升到接近80%,這個過程也反映了4680電池的制造工藝幾乎是從零起步。

        4680大圓柱電池,作為完全創新的技術,工藝思路類似方形,物理結構是圓柱,制造工藝既不能基于現有方形,也不能基于現有小圓柱,需要整個產業從零做起,這就不難理解特斯拉2020年時的良品率只有20%。

        那么,4680電池的制造難點到底在哪里?

        4680大圓柱電池的生產工藝,完全不同于小圓柱電池,需要重新匹配生產設備,對焊接及密封可靠性的要求更高,對原材料及結構件的精度要求和光潔度要求更高,僅這幾項要求對鋰電生產而言都是宏大課題。

        雖然都是圓柱,但從小圓柱到大圓柱,已經完全不在同一個技術層次,小圓柱的經驗不可用,創新難度已經大幅提高,遠高于從方形到刀片的創新力度。

        量產效率,也直接決定最終成本。如果量產成本太高,不管產品性能優勢多突出,作為2B產品如果沒有合理性價比都是徒勞。

        概言之,4680電池具有方形電池的技術特點,可以做到更高的電池容量和能量密度,同時大圓柱結構可以做到更好的散熱性,系統集成度也更高,安全性要求較高的三元材料頗為喜歡,因此受到特斯拉的青睞。

        4680電池主要是結構創新,難度遠大于刀片電池的創新,對生產工藝及設備提出了更高的要求,而這對整個鋰電產業都是新鮮課題,也就是說4680電池是完全創新,幾乎從零做起。

        新物種4680,作為新一輪鋰電創新的代表,值得長期跟蹤觀察,誰能在工藝、設備及良品率上有所突破,誰就能在中高檔乘用車動力電池上占有一席之地。


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