完成三種材料體系開(kāi)發(fā)，遠東電池46系大圓柱量產(chǎn)提速
大圓柱電池產(chǎn)業(yè)化已經(jīng)到來(lái)。今年包括特斯拉、億緯鋰能等企業(yè)研發(fā)的大圓柱電池已經(jīng)進(jìn)入量產(chǎn)階段。業(yè)界預計2024年大圓柱產(chǎn)量會(huì )較今年增長(cháng)4倍以上，2025年預計會(huì )較今年增長(cháng)10倍左右。
憑借極致性能、更高安全和更低成本等多重優(yōu)勢，大圓柱電池已成為電池企業(yè)重點(diǎn)布局的新一代技術(shù)路線(xiàn)。
除了億緯鋰能、寧德時(shí)代、比亞迪(弗迪電池)、遠景動(dòng)力、國軒高科、蜂巢能源等動(dòng)力領(lǐng)域頭部玩家，長(cháng)期深耕圓柱電池領(lǐng)域的細分領(lǐng)域企業(yè)，憑借在圓柱電池工藝、材料、結構和制造層面的創(chuàng )新積累，正率先撬開(kāi)圓柱電池產(chǎn)業(yè)化大門(mén)。
在日前舉行的第八屆動(dòng)力電池應用國際峰會(huì )上，江西遠東電池有限公司王左誠博士發(fā)表了題為《大圓柱電芯的前景與挑戰》的主題演講，介紹了遠東電池在大圓柱領(lǐng)域的技術(shù)布局，以及在小動(dòng)力、大動(dòng)力和儲能領(lǐng)域的多體系大圓柱電池產(chǎn)品矩陣。
圖為江西遠東電池有限公司王左誠博士
在電動(dòng)汽車(chē)動(dòng)力電池集成化趨勢下，圓柱電池只有尺寸做大，才能契合CTP、CTC的發(fā)展思路。以特斯拉Model Y為例，其21700電芯數量高達4000個(gè)，而使用4680大圓柱電池，電芯數量縮減到900個(gè)，不僅大幅提升了系統空間利用率，同時(shí)極大減少了零部件，降低了BMS管理難度等。
當然，圓柱電池做大，也有著(zhù)更大的性能和價(jià)值可以挖掘。
在性能方面，大圓柱電池有著(zhù)高能量密度、高倍率和高效率三大優(yōu)勢。
在能量密度方面，據王左誠介紹，相同電池材料體系下，大圓柱電池能量密度可以做到更高。目前，遠東電池針對市場(chǎng)和客戶(hù)需求，已經(jīng)開(kāi)發(fā)了一系列高能量密度、高倍率的18650、21700系列產(chǎn)品，建立了多元化、多重適用性的產(chǎn)品矩陣，全面覆蓋小動(dòng)力市場(chǎng)不同應用場(chǎng)景的需求。其中，公司在行業(yè)內率先量產(chǎn)的超寬溫域18650-4000mAh、21700-6000mAh，突破了18650、21700系列電池量產(chǎn)能量、容量極限，“以目前量產(chǎn)可以做到的21700圓柱電芯為例，其能量密度達到300Wh/kg，但在公司開(kāi)發(fā)的4680圓柱尺寸下，其能量密度達到308Wh/kg?！?/p>
同時(shí)，相較于方形、軟包及小圓柱電池，46系列大圓柱電池采用鋼殼結構，安全性更好，可以使用高鎳+硅碳，相比傳統三元+石墨體系能量密度提升30%。
倍率方面，46系列大圓柱電池采用了全新的全極耳(也稱(chēng)“無(wú)極耳”)工藝，發(fā)熱量大幅降低，倍率性能優(yōu)異，在大倍率充放電的情況下溫升比小圓柱電池降低20%。
成組和集成效率方面，單顆4680圓柱電池能量是單顆21700圓柱電芯的5倍，是18650圓柱電芯的7.5倍。因此在電芯成組上，可大幅減少電芯數量，系統集成效率提升5%以上，使圓柱電芯在整車(chē)CTP、CTC上成為可能。
在安全方面，大圓柱電池相較于傳統小圓柱電池優(yōu)勢也非常明顯。
首先，全極耳圓度優(yōu)于傳統極耳，側向形變小，大圓柱電芯結構更為穩定;
其次，大圓柱電芯可以通過(guò)底部進(jìn)行散熱冷卻，散熱效率高于側面冷卻的散熱效率。在整個(gè)電池包系統中熱量分布更加均勻;
再者，大圓柱設計有防爆閥，當電芯內壓過(guò)高的時(shí)候，可以進(jìn)行定向泄壓，避免電芯產(chǎn)生爆炸。
成本優(yōu)勢也同樣明顯。據王左誠介紹，大圓柱成本優(yōu)勢主要體現在材料成本、制造成本和系統成本等多個(gè)維度。
材料成本方面，因電芯尺寸變大，大圓柱電池結構件占比會(huì )明顯減少。以鈉離子電池為例
21700電芯鋼殼+蓋帽成本占比16%;同材料體系下，4680電芯鋼殼+蓋帽成本占比6%，結構件等材料成本下降10%左右。
制造成本方面，圓柱電池采用卷繞生產(chǎn)工藝，生產(chǎn)效率高、產(chǎn)品一致性好，成本低于方形疊片成本。
系統成本方面，因尺寸變大，同體積下電芯用量減少，BMS管理難度降低，成組效率提升，系統成本也會(huì )有明顯下降。
盡管大圓柱電池優(yōu)勢明顯，但在產(chǎn)業(yè)化過(guò)程中仍然面臨著(zhù)諸多挑戰。王左誠表示，大圓柱電池采用全極耳工藝，在揉平、整形、焊接、以及開(kāi)口化成等方面都會(huì )遇到一系列的工藝問(wèn)題，目前幾乎所有廠(chǎng)家都面臨產(chǎn)線(xiàn)良率和品控問(wèn)題，需要通過(guò)技術(shù)創(chuàng )新，優(yōu)化工藝，從而提升產(chǎn)品整體良率。
據介紹，遠東電池46系列大圓柱電池從單體到系統進(jìn)行了全面技術(shù)創(chuàng )新賦能。
在結構開(kāi)發(fā)方面，除了普遍采用的無(wú)極耳結構，遠東電池還采用了雙重封口設計，降低了電芯漏液風(fēng)險，兩側防爆閥設計可根據需求定向泄壓，進(jìn)一步提升了電芯的安全性能;公司46系列大圓柱電芯支持開(kāi)口化成，解決了采用硅基負極和鈉離子電池化成過(guò)程中產(chǎn)氣問(wèn)題;底部連接設計：卷芯通過(guò)集流盤(pán)與鋼殼直接連接，具備優(yōu)異的導熱導流作用;雙向焊接：具備同側或異側PACK成組焊接。
據王左誠介紹，針對新能源汽車(chē)、儲能和小動(dòng)力等不同應用場(chǎng)景，遠東電池46系大圓柱適配不同的化學(xué)體系，包括高鎳三元+硅基體系、磷酸鐵鋰體系和鈉離子電池體系等。
其中高鎳三元結合硅基負極的高能材料體系，將產(chǎn)品能量密度提升至308Wh/kg;搭配復合導電網(wǎng)絡(luò )技術(shù)則可提升產(chǎn)品的快充性能，實(shí)現15分鐘充電80%;進(jìn)一步結合低溫電解液技術(shù)，可讓產(chǎn)品在-40℃正常放電使用，破解用戶(hù)對新能源汽車(chē)的冬季續航里程“焦慮”。
演講中，王左誠還就硅基負極易膨脹等挑戰，分享了遠東電池針對這一行業(yè)痛點(diǎn)的材料、技術(shù)和工藝創(chuàng )新。
遠東電池開(kāi)發(fā)的大圓柱鈉離子電池，可以實(shí)現在-40℃正常放電使用，循環(huán)壽命達到3000次，且具備5C超高倍率性能;公司開(kāi)發(fā)的大圓柱鐵鋰電池，循環(huán)壽命達到8000次。
得益于圓柱電池的高性能、低成本和高集成優(yōu)勢，圓柱電池有望在中高端車(chē)型市場(chǎng)重回主流，目前頭部電池企業(yè)都在深度布局這一領(lǐng)域。作為深耕圓柱電池領(lǐng)域多年的遠東電池，其圓柱電池已經(jīng)服務(wù)超過(guò)8萬(wàn)輛電動(dòng)汽車(chē)、300萬(wàn)輛電動(dòng)輕型車(chē)，且公司產(chǎn)品已經(jīng)廣泛配套儲能等不同應用場(chǎng)景。依托在圓柱領(lǐng)域的積累和創(chuàng )新力，已經(jīng)突破圓柱電池工藝、結構、材料和系統開(kāi)發(fā)的遠東電池，有望在大圓柱的賽道大有可為。
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