46系列 | 三種電芯形態(tài)對比及大圓柱4680解讀

鋰電池可以分為方形、圓柱、軟包三種形態(tài)，從技術(shù)角度看，三種形態(tài)的電池各有千秋，且各有劣勢。但事實上，通過技術(shù)及數(shù)據(jù)分析，大圓柱電池在經(jīng)濟性、安全性和回收利用價值等方面都更具明顯優(yōu)勢。比如在降本方面，46系列電芯體積變大，需要的電池單體數(shù)量下降，焊接配件相應(yīng)減少，提高電池成組效率，簡化BMS管理難度；而在性能方面，較大尺寸使得金屬外殼占比降低、正負(fù)極活性材料的比例上升，能量密度提高；此外全極耳技術(shù)的應(yīng)用，亦可縮短電子路徑，降低電池內(nèi)阻，減小充放電過程中的損耗，提升放電效率。

在講4680大圓柱之前，有必要介紹鋰電池的三種封裝形式：方形、圓柱、軟包，顧名思義，可以直觀的從外觀上看出其中區(qū)別。而從性能的對比上看，三者又各有所長所短：

1） 方形電池：最大的優(yōu)勢就是成組效率最高（2020年1月數(shù)據(jù)，系統(tǒng)成組效率：方形70%＞圓柱65%＞軟包60%）；最大的劣勢是安全性、一致性差。

2） 圓柱電池：最大的優(yōu)勢就是生產(chǎn)效率最高（主流型號每分鐘在200左右，方形10-20，軟包更低）、一致性高；相對劣勢是成組效率比方形低、能量密度比軟包低。

3） 軟包電池：最大的優(yōu)勢就是能量密度和安全性最高；最大的劣勢就是制造工藝要求高、一致性差，成本最高。

正是基于三種封裝形式的各自性能差異，電池廠（包括整車廠）都有自己的路線選擇，以電池廠為例：像國內(nèi)的寧德、比亞迪、中航等主要是方形；億緯方形、圓柱都有布局；孚能主打軟包。國外的LG軟包出身，目前也重點布局了圓柱；松下主打圓柱；三星SDI主要是方形。

目前從份額占比來看：方形占大頭；而回溯歷史份額來看：國內(nèi)國外還有所不同，并且在各個階段也有所差異。（1）2017年之前：我國與海外三種類型電池市場份額變化趨勢相同，方形60%以上、軟包10%左右，剩余的圓柱。（2）2017年之后：國內(nèi)和海外就表現(xiàn)出完全不同的變化趨勢。其中，國內(nèi)：2017-2019年隨著寧德和比亞迪的崛起，帶動方形電池占比提升，2019年達到近85%；2020年隨著國產(chǎn)特斯拉的放量，圓柱電池占比有所回升，反觀軟包則持續(xù)受到擠壓。國外：2017-2019年松下伴隨特斯拉全球崛起，圓柱占比從28%提升至51%；2020年歐洲電動車滲透率快速提升，LG軟包放量（歐洲市場更青睞軟包），但到了21年，出現(xiàn)電池安全召回事情，疊加大眾開始選擇方形電池，軟包遇冷。

為什么看好大圓柱？——A：一是看好特斯拉們；二是大圓柱確實有一些突出的性能優(yōu)勢！

特斯拉是全球電動車的領(lǐng)導(dǎo)者，也一直是圓柱電池應(yīng)用的領(lǐng)導(dǎo)者。

如今的特斯拉毋庸置疑是全球電動車的領(lǐng)導(dǎo)者，尤其在技術(shù)創(chuàng)新上更是全球新能源車的“風(fēng)向標(biāo)”，因此對其技術(shù)創(chuàng)新應(yīng)尤為重視，從而把握其中確定性的產(chǎn)業(yè)趨勢。

就電池而言，十年以前，市場上沒有一款“十全十美”的動力電池，發(fā)展初期的特斯拉為其第一代車Roadster選擇電池方案時，即是在比較中選擇了“安全性、一致性好的18650圓柱電池”，從而正式開啟了圓柱電池應(yīng)用于純電動車的時代。

2017年，特斯拉開始將其電池由18650切換至21700，率先應(yīng)用于新車型M3中（后來的爆款車型）。21700相較于18650在單電芯和系統(tǒng)方面性能均有明顯提高，在 2019-2020年也是迅速取代18650成為占比最高的圓柱電池?！咀ⅲ?8650中18指圓柱直徑，65指高度，0指圓柱；21700、4680類同】

2020年底，特斯拉發(fā)布新一代電池4680。4680大圓柱相較于21700，在規(guī)格、成本、安全、使用壽命等方面又實現(xiàn)了全新的突破：續(xù)航里程提升16%，充放電功率提升6 倍、容量提升5倍，度電成本可以下降14%。

在特斯拉的極力推動下，隨著46大圓柱的產(chǎn)能爬坡，預(yù)計也會在較短的年限內(nèi)完成滲透（類比21700替代18650的速度）。

單獨看4680是一項重大創(chuàng)新，而打包“4680+CTC+一體化壓鑄”更是一項“極限制造”的系統(tǒng)創(chuàng)新，1+1+1＞3。在整車內(nèi)卷加劇的情況下，成本將是車企競爭力的關(guān)鍵，而特斯拉通過“4680+CTC+一體化壓鑄”一套組合拳的技術(shù)創(chuàng)新，實現(xiàn)了極致降本。從這個層面去理解，就更不得感慨特斯拉的厲害，也不難理解特斯拉大力推4680大圓柱的必要性。

寶馬是46大圓柱的積極推進者。寶馬將從2025年起在“新世代”車型中使用46大圓柱電芯（包括4695和46120兩種不同型號）。目前寶馬已經(jīng)給寧德、億緯、遠(yuǎn)景各自定點40GWh的46大圓柱訂單。通用汽車希望在未來的電動車型中從軟包電池轉(zhuǎn)向大圓形電池。蔚來汽車：23年2月，據(jù)消息人士稱蔚來計劃在合肥新建電池工廠，規(guī)劃產(chǎn)能40GWh，將投產(chǎn)自研的46系列大圓柱電池。此外，包括保時捷、江淮、東風(fēng)嵐圖等多家主流車企也在跟進大圓柱電池，對大圓柱上車表達了強烈的意愿。

國內(nèi)外主流企業(yè)均在布局。國內(nèi)有寧德、億緯、遠(yuǎn)景動力、比克、國軒；國外有LG、松下、三星SDI等多家頭部電池企業(yè)均已經(jīng)規(guī)劃布局、擴產(chǎn)46大圓柱。

7月18日，比亞迪采購官方微信號發(fā)布招募公告，擬對2023年大圓柱電池全自動烘烤線設(shè)備實行供應(yīng)商公開招募。比亞迪此次招募的產(chǎn)品為全自動接觸式高真空烘烤線，主要用于大圓柱電池注液前的電芯烘烤。電池的生產(chǎn)包含約21道工序，烘烤、注液處在整個生產(chǎn)程序的中間位置。工作群研究大圓柱電池”。如今的大圓柱電池生產(chǎn)設(shè)備采購消息，無疑是比亞迪即將生產(chǎn)大圓柱電池的“實錘”。

特斯拉們?yōu)槭裁创罅Πl(fā)展46大圓柱？——本質(zhì)：大圓柱具有一些突出的性能優(yōu)勢

①做圓柱電池的好處（圓柱電池相較于方形、軟包的優(yōu)勢）

在文章的最開頭部分，我們已經(jīng)比較過圓柱、方形和軟包3種封裝形式的優(yōu)劣，其中圓柱電池絕對優(yōu)勢就是生產(chǎn)效率和一致性最高，進而能帶來產(chǎn)能的快速效應(yīng)和成本的攤??；其次，相對優(yōu)勢上，比方形更高的安全性，比軟包更高的成組效率等，這些優(yōu)勢都是特斯拉們簇?fù)韴A柱電池的理由。

②把圓柱電池做大的好處（46大圓柱相較于21/18圓柱的優(yōu)勢）

為什么是46？——這是特斯拉經(jīng)過數(shù)據(jù)論證，得出46 mm 是續(xù)航提升和降本的最優(yōu)解。而對于高度，目前業(yè)界并沒有定論，像寶馬46大圓柱有高度90和120的兩個型號。

把電芯變大最直接的好處就是降低電池包BMS難度，單車帶電量70多度的車18650需要7000+個、2170需要4000+個，龐大的數(shù)量對電池系統(tǒng)的連接和熱管理提出極高要求，這也是之前較少有車企選擇圓柱路線的主要原因之一，但如果是4680單體數(shù)量下降到1000個以下，BMS大大簡化。

大電芯2大核心工藝創(chuàng)新：全極耳、干電極

全極耳→降低內(nèi)阻、減小發(fā)熱、提高快充速度。 傳統(tǒng)鋰電池多單極耳，4680創(chuàng)新性提出全極耳，全極耳明顯縮短電子流通路徑（傳統(tǒng)800-1000mm，4680只有80mm），進而降低內(nèi)阻（傳統(tǒng)＞20mΩ，4680為2mΩ），降低發(fā)熱量（傳統(tǒng)上升60度，4680最多上升20度），能夠適用更大電流快充；同時全極耳下電池內(nèi)部溫度分布更加均勻，熱穩(wěn)定性更好。

電極→降本增效、提升電池能量密度。目前正負(fù)極主要采用濕法涂覆工藝，而特斯拉提出的在4680運用的干電極能夠降本10-20%+，生產(chǎn)速度提升至之前的7倍，能量密度提升5倍，壽命增加1倍。（難度大，第一代4680做了妥協(xié)）

大電芯材料體系創(chuàng)新

具體包括主材和輔材兩個方面，以實現(xiàn)更高的能量密度、快充速度、安全性等：

主材聚焦于產(chǎn)品升級迭代：包括正極高鎳化，負(fù)極硅基化，電解液新型鋰鹽LiFSi添加量上升，結(jié)構(gòu)件強度要求提升等。

輔材聚焦于新材料導(dǎo)入：包括芳綸涂覆、碳管三代化+單壁化等。

最終，在上述這些系統(tǒng)性的選擇和創(chuàng)新下，46大圓柱得以表現(xiàn)出突出的性能優(yōu)勢，4680相較于21700在性能上又實現(xiàn)了全新的突破續(xù)航里程提升16%，充放電功率提升6 倍、容量提升5倍，度電成本可以下降14%。特斯拉2020年9月提出4680，彼時目標(biāo)是2022年實現(xiàn)年產(chǎn)能100GWh，如今快三年過去，從后視鏡看，4680實際量產(chǎn)情況是不及預(yù)期的。雖遲但到，2023年46大圓柱將真正迎來放量元年：特斯拉22年底加州工廠產(chǎn)線周產(chǎn)能已爬坡至86.8萬顆，能配套1000輛Model Y，對應(yīng)年產(chǎn)能約4GWh；此外，特斯拉也表示4680已經(jīng)熬過了量產(chǎn)的最困難時期，并擬在內(nèi)華達州擴產(chǎn)100GWh的4680年產(chǎn)能。

此外，給特斯拉配套的松下、LG也即將出貨，國內(nèi)進展最快的億緯預(yù)計下半年也會開始出貨。從特斯拉以及電池廠的進度來看，23年46大圓柱產(chǎn)量將首次突破雙位數(shù)，作為一種從0→1的新技術(shù)，兌現(xiàn)1即將邁入從1→10/100的快速增長階段，產(chǎn)業(yè)趨勢的確定性已是100%。23年開始放量，24年大規(guī)模放量，將突破100GWh，往后看23-25年整個46大圓柱電池出貨量都將保持翻倍式的增長，在整個成長賽道都是屈指可數(shù)的高景氣細(xì)分。

此外，46大圓柱電池除了用在市場認(rèn)知的電動車、皮卡等動力領(lǐng)域，還有望應(yīng)用于儲能領(lǐng)域，且已有其他公司規(guī)劃了儲能大電芯，如此大圓柱的天花板不再局限于動力，而是動力+儲能。

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