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4680重磅来袭,电池行业重新洗牌?

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资讯来源:华彩人生APP
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发布时间:2021-12-02 14:18

嘉宾:比克动力CTO 林建

摘要:

1、4680将抢占软包和方形电池的市场

国内目前电动车使用的动力电池主要是方形电池,国外主要是软包电池,相比起这两种电池,

4680电池最大的优势就是安全性能。4680电池可以实现单边单向定向爆破,可以控制它从壳体的这一端或另一端爆开,所以如果电池包里一颗电池发生爆炸,不会波及到周围的东西,不像软包可能根本无法控制爆炸的方向。

除了电动车上使用,未来4680的电池在电动工具以及储能上也都可以得到利用,当然主要使用方向还是在电动汽车上,国外的特斯拉、戴姆勒,国内的小鹏、蔚来、一汽、江淮等在考虑使用。而且由于4680电池主要使用的是高镍三元,所以主要集中在高端车型。这也使得4680电池落地后毫无疑问会抢占目前方形和软包电池的市场,尤其是在今后的5年内,4680电池的市场空间会越来越大。

2大圆柱电池或不会再继续做大

圆柱电池从最开始的1865,到2170,最后到如今的4680,尺寸在不断变大,也使得一个电池包里装的电芯数量会更少,电芯数目的减少使得BMS的管理也相对会简单,对连接点也少了,所以单个电芯出问题的概率也小了,安全性概率也就得到提升。

但是从尺寸上来看,4680目前这个比例是一个比较完美的临界点。在高度上可能还会继续做大,但在直径上做大,散热将会是个问题。目前4680还是可以通过用底部水冷来解决,如果加上侧壁冷却将会更好,但是这并不意味着大圆柱电池可以无限制地把直径做大。

3、4680可以用铁锂,但是和高镍更匹配

4680电池推出的真正目就在于两个方面:一个方面是4680电池的倍率大,能够实现快充,比如说30-80%的10分钟的充电,这解决了大家的充电焦虑。另外一个方面就是4680电池将会使用负极硅碳技术,为了进一步又解决了长续航的问题。所以相较于磷酸铁锂电池,4680电池对高镍三元来说是一个更好的选择,随着未来全极耳大圆柱电池的大规模落地,高镍三元的占比还会进一步提高。

当然仅从工艺上来说,4680电池是用磷酸铁锂材料也是可以的,但是磷酸铁锂本身已经够安全,而圆柱电池相较于软包电池和方形电池最大的优势就在于安全性能,所以磷酸铁锂没必要再搭配上4680圆柱体系, 4680电池可能跟高镍这种高能量密度的还是更匹配一些。

4、4680面临的瓶颈

4680电池目前面临的难点跟瓶颈就是,如何保证铜箔、铝箔跟集流盘的激光焊的完整性,这种激光焊接要保证4680电池内部的均匀性和致密性,同时要保证没有金属残渣残留在电池内部。这也因此导致4680的良率一直上不去,现在国外良率最好也就70-80%,一直达不到让车企满意的90%。

5、4680或将推广硅碳负极的使用

4680电池是为了做出高容量,而做高能量的电池除了正极用高镍之外,负极用372毫安时/克的石墨是不够的,为了增大负极的克容量就只能往里面不断增加硅碳,目前负极主流的还是人造石墨为主,但是随着4680电池的逐渐应用,硅碳负极在未来负极材料中的使用占比或有不小的提升,而且也只有圆柱这种干壳能够束缚住硅膨胀的特征,所以这也是圆柱相比软包跟方形的优势,可以加入大量的硅材料、硅复合剂进去。现在硅碳和硅氧负极都已经在量产了,大量的圆柱厂已经在用硅碳和硅氧做高容量电池。

正文:

见智研究:
对咱们上一次直播还有印象的朋友,应该记得上一次我们的嘉宾王子冬老师,针对目前整个动力电池的格局,三元电池和磷酸铁锂的相关情况都做了十分详细的讲解。但是由于时间有限,我虽然看到很多朋友对4680的电池也是十分感兴趣,但是没有机会进行一一解答。

今天我们的主题只有一个,那就是特斯拉极为推崇的4680电池。大家也知道特斯拉推出4680的初衷就是为了进一步提高电池能量密度,然后达到300Wh/kg。
目前来看,就是高镍三元材料是能够帮助4680达到目的的,然后尤其是之前帮特斯拉做1865和2170的松下也是做三元的,目前也是唯一一个还没有进军磷酸铁锂的动力电池厂。
所以说目前4680电池能不能用磷酸铁锂,包括4680的推出,对目前整个方形电池以及软包电池有什么影响?

我们今天也非常荣幸的请到了比克动力电池的CTO林建(林总)来给我们做一个解答。我们就直接开门见山来开始今天的主题了。首先还是请林总给我们做一个简单的针对4680电池的介绍。

林建:
4680其实也不是新鲜事,大圆柱超级电容上早就有应用,4680是因为特斯拉推的,大家就炒起来了。4680就是直径46mm,高度80mm的圆柱电池,那么它最出名还是用了全极耳的概念,那么全极耳我们也叫做无极耳,就是两端露出的空的铜箔跟铝箔作为一个极耳,然后用集流盘收集电流。

通过这种新的技术,它的功率性能大幅得到改善,最主要的是快充性能大幅提升,然后因为电池内部没有极耳可以做的更圆,安全性也可以大幅提升。
在辊压测试中,它比较常规的1865和2170电池更优秀,所以这种46系列的圆柱正是由于它的这些优势受到了很多整车厂的追逐,现在除了特斯拉,很多大的整车厂也都开始跟电池厂合开发这种46系列的大圆柱电池。

见智研究:
目前来看,市场上主流还是认为4680用于三元,但我也看到不少介绍说4680其实也可以用在磷酸铁锂电池里面,您觉得4680推出对三元和铁锂分别意味着什么?

林建:
4680目的就是:一个是大倍率快充,那么实现比如说30-80%的10分钟的充电,这解决了大家的充电焦虑。另外一个就是4680用了高镍三元跟负极硅碳技术,它又解决了长续航的问题,所以4680应该来说对高镍三元来说是一个更好的选择。当然4680用在用磷酸铁锂也可以,但本身磷酸铁锂已经够安全的,没必要再搭配上4680圆柱体系,所以我觉得说4680可能跟高镍这种高能量密度的还是更匹配一些。

见智研究:
林总刚刚也提到4680,虽然说磷酸铁锂可以用,但主流可能还是会用在高镍三元上面。目前来看高镍三元虽然它的占比在不断提高,但是好像目前主流似乎还是5系。以后4680的进入,会不会继续带动高镍三元的未来的使用趋势和占比?

林建:
我觉得会的,因为用全极耳大圆柱的安全性提高了,就可以使大量的高镍三元可以进入使用,所以高镍三元的比例肯定会进一步提高。

见智研究:
4680大圆柱相比起前面两代就是2l70和1865的话,有什么比较大的进步呢?

林建:
最主要是因为用了全极耳技术所以快充性能得到了提升,就达到了它可以跟软包和方形竞争的程度之前,之前2118单极耳或双极耳的功率密度很低,做不了大电流的快充快放,那么随着这种全极耳技术的推出,实现了跟方形和软包相似的这种效果,所以可以做快充快放,这就是它的最大的技术突破。

见智研究:
看到林总也是屡屡提到全极耳的情况,目前的话全极耳真正给4680带来的大的优势在哪?目前看4680就迟迟推不出来,原因一部分也是全极耳的难度,就瓶颈在这,那么4680目前遇到的难点和瓶颈在哪?

林建:
4680难点跟瓶颈就是,怎样保证铜箔、铝箔跟集流盘的激光焊,这种焊接怎么保证它的均匀性致密性,怎样保证没有这些金属残渣残留在电池内部,然后怎样排把气排出来,这个是现在它的技术难点。

见智研究:
那现在国内外相关的动电池厂商,针对这一块的布局和相关的情况现在是怎么样的?

林建:
现在国内厂家都在开发过程中,大家都是技术保密的,不会去透露说他们进展到哪里的。

见智研究:
4680您也提到就是说有全极耳技术之后,我看到另一个技术是有关于干电池这个技术,您能不能跟我们也讲一下?

林建:
干电池不用PC等溶剂、粘结剂,直接就是用乳液这种直接涂覆到极片上去,在超级电容已经使用了,所以这也并不是说一个全新的技术。

见智研究:
它相当于您提到传统的一个湿法工艺的话,它的优势又体现在什么地方?

林建:
优势是就直接热压上去,不需要溶剂,在能源跟工序上可以大幅度减少。

见智研究:
能量密度是不是和全极耳一样也能得到提升?

林建:
如果做厚的电极能量密度是可以提升的。

见智研究:
4680是要干电池和全极耳都有了之后才能达到成本和能量密度上的优势?如果只是把电池做大是不够的?

林建:
其实做大成本就可以下降很多了,因为一个4680电池的容量相当于5个2170的电池,那么连接件就少了,所以成本就下降。

见智研究:
国内目前来看的话汽车用的主要还是方形电池为主,国外除了特斯拉之外也是以软包为主,4680相比起主流的方形和软包电池它的优势和劣势体现在什么地方?

林建:
它的优势主要就是安全,它可以实现单边单向定向爆破,可以控制它从壳体的这一端或另一端爆开,如果一颗电池发生爆炸,不会波及到周围的东西,而不像软包可能根本无法控制爆炸的方向;圆柱的安全性肯定比方形跟软包好,这是毋庸置疑的。

见智研究:
未来是不是就少数厂商(特斯拉、宝马)使用4680圆柱,其他还是选择软包和方形的?

林建:
不会,像戴姆勒,国内的小鹏、蔚来、一汽、江淮都有4680的需求,所以国内其实现在也都紧跟着潮流在走。

见智研究:
明白,所以4680的推出可能会和软包、方形电池来竞争市场。

林建:
是的。

见智研究:
如果目前电池厂商想转做4680的话在整个的锂电设备和产线方面会不会有比较大的一个变化?

林建:
就是卷绕机要变成全极耳的那种卷绕机,当然这个卷绕机最主要的变化就是极流盘的激光焊接机的这一道工序。

见智研究:
请林总再详细解答一下激光焊接机。

林建:
就是激光焊接机把极流盘焊接到全极耳露出的铜箔跟铝箔上去。

见智研究:
4680要做到全极耳的效应激光的切割和焊接要求会非常高,如果焊接的太薄太少了可能就没有焊上去,如果焊的太多了,有可能穿透。您怎么看这个问题?

林建:
这就看各家的技术了,瓶颈就在这里。

见智研究:

是不是也因此导致4680的良率一直上不去?现在国外良率也就70-80%,一直达不到让车企满意的90%。

林建:
对,是这样。

见智研究:

要做方形的话需要购买新的锂电设备才行,现有的设备很难做到的是吧?

林建:
对,激光焊接机必须新的设备才行。

见智研究:

请林总展开讲一下硅碳负极。

林建:
做高能量的电池除了正极用高镍之外,负极的372毫安时/克的石墨是不够的,为了增大负极的克容量就只能往里面不断增加硅碳,也只有圆柱这种干壳能够束缚住硅膨胀的特征,所以这也是圆柱相比软包跟方形的优势,可以加入大量的硅材料、硅复合剂进去。

见智研究:

目前负极主流的还是人造石墨为主,您觉得随着4680的逐渐应用,硅碳负极的量产和前景情况如何?

林建:

目前硅碳和硅氧负极都已经在量产了,大量的圆柱厂已经在用硅碳和硅氧做高容量电池。

见智研究:

随着圆柱从小圆柱变成大圆柱,有其相应的优势,但在散热方面也会随之出现问题,应当如何解决?

林建:
在散热方面,因为它是直接通过上下的铜箔铝箔散热,反而比1865的散热更方便一些。因此我们预测,散热问题用底部水冷就可以解决,如果加上侧壁冷却将会更好。所以4680也不能无限制地把直径做大,在散热上会出现问题。

见智研究:
林总您认为从1865做到2170,再到现在的4680,未来会不会在直径或是尺寸上有进一步的提升呢?目前来看已经有了两次更新换代。

林建:
在高度上可能会继续做大,但在直径上做大,散热将会是个问题。如果往直径上做大,可能会走磷酸铁锂路线。因为磷酸铁锂本身是比较安全的,往直径上做大是可以的。

见智研究:

如果使用磷酸铁锂,圆柱的整个尺寸还可以变大。但是如果使用三元,可能在直径上会差不多达到一个临界点,而在高度上还可以考虑进一步的提升。

另外关于散热问题,目前大部分散热还是使用风能为主。那么后期如果使用4680,是否要全部转成液能化呢?

林建:
液能肯定是更合适。毕竟高度更高,常规的被动冷却还是不够的。

见智研究:

现在企业都想上4680,4680技术是不是特斯拉开放的专利?还是在特斯拉之前,大家已经关注到电池的圆柱越大越好?

林建:
其实在它开放之前,大家已经关注到大圆柱的优势,并不是特斯拉一家的专利。

见智研究:

4680的推出除了带动起圆柱在新能源汽车的使用,您觉得它还可以用在除汽车之外的领域吗?像储能之类的领域。

林建:
因为它的倍率好,在电动工具以及储能上都可以得到利用。

见智研究:
在4680的材料端,除了使用高镍三元,硅碳负极材料,会不会有什么其他方面的改变?还是如同之前一样,走传统的锂电套路?

林建:
目前来看还是传统的路线比较好,因为做出改变需要重新测试,周期太长。
见智研究:

就4680单体来看,因为它从直径和高度上相比之前更大了,如果把同样的电池放进电池包里,用4680容量是否得到提升?虽然不会像单体那么多,我们看到单体是提升了5倍有余。

林建:
是的,它的容量提升了,但是考虑到重量、能量密度、体积能量密度,当然不会提升5倍,大约会提升百分之10%-20%。

见智研究:

从您的角度来看,无论是4680或是4695,直径已经基本确定了。那么未来整体的市场空间,您觉得可以达到多大?

林建:
这要看4680和4695的推广力度。我们认为今后5年内它的市场空间会越来越大,肯定会挤占软包的市场份额。

见智研究:

接下来我们看一下直播间小伙伴的提问。4680是否需要使用更多的负极材料?

林建:
不需要。它和常规的电池设计区别不大,基本上使用的材料是一样的。

见智研究:

林总刚才也分享过4680在储能这块也是可以使用的,目前看到特斯拉以及宝马在2024年之后可能会使用。那在新能源汽车和储能这两个主要领域的使用上来说,您觉得哪块更会是主流一点?

林建:

储存没必要用到高倍率这些,所以我觉得主要还是汽车上用。

见智研究:

刚刚我们提到4180的技术难度,就是目前良率迟迟上不去的难点主要还是在全极耳。这环节中的激光焊接很难完成。那目前国内的锂电设备供应商能解决这个问题吗?还是说全部需要依靠国外来解决?

林建:

现在国内的都在开发中,应该是可以慢慢解决这个问题的。

见智研究:

林总能不能从宏观上介绍一下4680专利对现有的一个动力电池的格局的影响和未来趋势。

林建:

这个专利其实更多的是这种全极耳的设计上,很多家企业都有自己的全极耳的设计上可以规避掉特斯拉这个专利,所以每一家只要能规避好全极耳的设计都是没有问题的。

见智研究:

那连接片和超声波的金属焊接机,会不会应用到我们4680的电池的整个制造过程中?

林建:

会的。

见智研究:

4680在完全推出之后,会侵蚀一部分方形和软包的市场份额。那4680和方形、软包主要竞争的车型会是一样的吗?比如会是哪些?

林建:

主要集中在高端车型,因为都是使用的是高镍三元的原因

见智研究:

有个直播间的小伙伴,想请林总分享一下整个圆柱电池的一个发展历史和未来发展路径。

林建:

圆柱的规模化生产已经在市场上存在很久了,从90年代初SONY推出圆柱到现在可以说是经久不衰。它的稳定性、合格率跟成本控制的很好,所以我们觉得随着大圆柱的推出,会重新慢慢地拿回它的市场份额。特别是大圆柱的安全性方面来说,会是车电国际巨头重新瞄准的对象。

见智研究:

4680和方形以及软包的竞争的车型会集中在哪一块?

林建:
主要集中在高端车型,因为都是使用的是高镍三元。

见智研究:

圆柱的的过去发展历史和未来发展路径情况如何?

林建:
圆柱的规模化生产在市场上早就有了,从我90年代初推出圆柱到现在就一直经久不衰,所以它的一致性合格率跟成本控制都很好,所以随着大圆柱的推出,并不是重头进入市场,而是慢慢的重新拿回它的市场份额,特别是大圆柱的安全性方面的优势,使得大圆柱会是很多国际巨头重新瞄准的对象。

见智研究:
圆柱电池随着体积变大,同一个电池包内使用数量会减少,有什么优势吗?

林建:

电芯数目少了,BMS的管理也相对会简单,对连接点也少了,所以单个电芯出问题的概率也小了,安全性概率也就得到提升。

见智研究:
圆柱之后还会继续在尺寸上做大吗?

林建:
4680目前这个比例我们觉得是一个比较完美的临界点,在往上走的话,散热会是个比较大的问题。当然,可能磷酸铁锂材料的圆柱还可以再往上做大,但是三元就不合适了,散热这个问题就解决不了,反而成了引发电池包问题的一个导火索了。

见智研究:
4680电池的设备端来看,前中后端是否都可以做到国产化?

林建:
基本没有问题,制作效率的话,4680圆柱要求达到600ppm左右的一个速度,国产设备也是基本上能够做到了。

见智研究:
4680电池的成本单价您觉得能降低多少?

林建:

4680电池由于结构件各方面工艺技术都提高了,所以成本的确会有下降了,降低幅度在15~20%左右。

见智研究:

您觉得其他家可以快速复制4680吗?

林建:
这里面技术门槛还是蛮高的,不是那么容易就能够复制的。

见智研究:

4680主要还是应用于高镍三元,会不会导致钴和镍使用结构发生变化?

林建:
你走高镍路线肯定镍的价格会上涨,钴肯定要尽量减少。

见智研究:
防爆阀的话现在4680的话是会完全解决吗?

林建:
可以解决。

见智研究:

您觉得4680相比软包和方形会占多大的一个份额?
林建:

现在不好预测,取决于4680在市场上的表现,但我觉得它的份额肯定会超越软包。跟方形比就不好说,毕竟在国内还是以方形为主。

 
 
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