“难产”的大圆柱电池，又火起来了

新能源汽车企业对动力电池有什么要求？

为多家车企提供动力电池的当代Amperex科技有限公司，对动力电池的性能评估有6个因素:能量密度、安全性、成本、充电速度、耐温性、良品率。

严旭博士对BIC电池的描述更加直白。车企的要求是“既要又要”。

由于动力电池占整车成本近40%，车企与动力电池厂商的博弈从未停止。车企会吐槽动力电池价格高，卖车是“给动力电池厂商打工”；动力电池厂商会抱怨车企需求持续增加，让行业“滚急了”。

根据包装形式，锂电池可分为方形、圆柱形和软包三种形式。从技术角度来看，三种形式的电池各有特点。在当代Amperex科技有限公司、比亚迪等头部动力电池厂商的推动下，方形电池一直占据着绝对的主导地位。

行业中没有“游戏破坏者”。2020年9月，特斯拉CEO马斯克宣布:“我们将生产一种更先进的圆柱形电池，它将使电池的能量密度增加5倍，成本降低14%，而配备这种电池的电动汽车的续航里程将增加16%。”

简单来说，圆柱形大电池可以满足车企“既要又要”的要求。

圆柱形大电池的风光一时无与伦比，但事情并没有那么顺利。大型圆柱形电池复杂的生产工艺影响了批量生产。目前，特斯拉仍在向当代安培科技有限公司采购电池。当马斯克今年访问中国时，他见到的唯一一位中国企业家是当代安培科技有限公司董事长曾玉群。

然而，曾经被认为“冷”的大型圆柱形电池今年又“热”了起来，就像甄嬛从坎罗吉回到紫禁城一样。

在“王宁盲区”跑来跑去

与方形电池不同，大型圆柱形电池市场尚未形成垄断局面。

当代Amperex科技有限公司还是偏爱方形的“麒麟电池”。据其官方介绍，在相同的化学体系和相同的电池组尺寸下，麒麟电池组的功率比4680圆柱形电池系统可以提高13%。

或许是因为不同于当代安培科技有限公司在方形电池领域的实力，有业内评论人士将大型圆柱形电池领域形容为“王宁的盲点”。

然而，根据官网公布的信息，当代安培科技有限公司(Contemporary Amperex Technology co .，Limited)从2025年起，将为采用宝马集团“新一代”车辆架构的纯电动汽车供应圆柱形电池。根据协议，当代安培科技有限公司将向宝马提供标准直径为46毫米的新型圆柱形电池。这些产品将在中国和欧洲的两家电池工厂生产，每家工厂将向宝马供应年产能为20GWh的电池。

虽然“王宁盲点”的说法并不准确，但与方形电池领域相比，“王宁”在大型圆柱形电池领域并不占优势，这对于其他动力电池厂商来说仍然意味着机会。

此前，国内一些动力电池厂商已经研发出大型圆柱形电池，但今年有一位重量级选手公开入局。

7月18日，微信官方账号“比亚迪采购与供应管理”发布了“比亚迪集团拟于2023年公开招聘大型圆柱形电池自动烘烤线设备供应商”的消息，证实了比亚迪已布局大型圆柱形电池，并已取得一定进展。

11月16日，金阳股份在互动平台上表示，公司今年下半年开始向比亚迪小批量供应46系电池精密结构件。公开资料显示，公司是国内领先的电池精密结构件和材料制造商之一。

结合金阳透露的消息，比亚迪的大圆柱电池将于近期公布更多细节。

已经布局大型圆柱电池的厂商今年也加快了步伐。

今年9月，多家媒体报道称，蔚来汽车与蜂巢能源将达成合作，共同研发新一代大型圆柱电池，同时将在马鞍山共同投资试生产生产线。这也是蔚来汽车研发半固态电池后的电池布局。

本月初，亿纬锂能更新了可转债募集问询函的回复。公告显示，三元大型圆柱形电池在未来五年内实现了约486GWh的总客户意向需求。

11月20日，中创新航管理层在全球合作伙伴大会上表示，充电率为6C的46系大缸将于明年第四季度量产。

根据GGII发布的《2023年中国大圆柱锂电池产业发展蓝皮书》，到2023年10月，全球大圆柱电池已经布局，产能超过450GWh。目前46系列大型圆柱形全极耳电池在国外已经量产，国内产品处于小批量出货和样品交付阶段。

沉寂了几年之后，大型圆柱电池开始爆发，不仅抢占了未来动力电池的市场份额，也抢占了电池厂商的研发重点。

但在三年前，市场对大型圆柱形电池的反应并不那么积极。

当它迅速冷却时，没有飞溅。

2020年，特斯拉率先发布了4680个大型圆柱形电池(4680代表电芯尺寸，即直径46 mm，高度80 mm，其他类型的圆柱形电池也有同样的表意，一个电池组通常有几百到几千个电芯)。虽然这类电池的体积并不夸张(我们日常使用的1号电池直径为34.2 mm，高度为61.5 mm)，但与1865和2170电池相比，已经可以称得上“巨大”了，所以这类电池在市场上一直被称为“大圆筒”。

4680的大小不是随意决定的。特斯拉曾公开表示，46 mm圆柱形电池直径是提高新能源汽车续航里程的最优方案，这涉及到空之间重量、电池容量、利用率等多个条件的相互平衡，对节约电池制造成本和整车成本也有很大帮助。相比2170电池，4680电池容量可提升5倍，整车续航里程可提升16%。

4680电池确实制造成本更低。东吴证券、中国银河证券等券商在报告中指出，与2170电池相比，4680电池的每千瓦时成本可降低14%左右。

而且使用4680电池可以大大减少电池组的电芯数量，对BMS管理系统的性能要求也会降低。以早期特斯拉Model Y和Model 3使用的74kWh电池组为例。携带1865电池需要7200多节，携带2170电池需要4416节，携带4680电池只需要950节左右。

4680大圆柱电池很优秀，但戏剧性的是这款电池并没有像马斯克预期的那样发展。

在推出4680电池后，特斯拉引入松下作为其大型圆柱形电池的供应商，但无论是特斯拉还是松下都无法处理4680电池上的许多创新，而这些创新恰恰是4680电池低成本和能量密度的关键。

比如特斯拉的4680电池就采用了无极耳的设计，电极耳是锂离子聚合物电池产品的原材料。一般来说，电池需要在正负极焊接极耳来导电，但这会使电子流动路径变长，增加电阻。无极耳的设计使得极片本身的一部分作为极耳，可以有效提高电池的性能。

特斯拉4680电池采用“切折式”无极耳设计。图片来源:特斯拉。

另外，特斯拉4680电池最早的设定是正负极都采用干电极技术，相当于直接将固体电极材料压制在电极板上制成成品电极；而在传统的湿电极工艺中，需要将电极材料与活性材料混合，涂覆在电极板上，然后干燥。

干电极技术的优势还是可以节约成本，所以可以省去涂抹、烘干等很多工艺环节。

这些创新设计带来了很多实际生产问题，比如无极耳的设计对焊接工艺要求较高，容易出现耳与耳之间接触不良，内阻一致性差的情况；最终干电极技术只应用于石墨阴极，甚至特斯拉自己也因为干电极材料的难度而不得不放弃。

时至今日，距离特斯拉在2020年“电池日”推出4680电池已经过去了三年，特斯拉的4680电池始终没有实现量产。今年5月，特斯拉4680电池的供应商松下宣布，将4680电池的量产推迟至2024年4月，比原定日期晚了一年。

松下大型圆柱形电池

松下和特斯拉都低估了4680量产的难度，中国的动力电池制造商也有类似的经历。特斯拉推出4680电池后，虽然国内很多电池厂包括当代安培科技有限公司、亿纬锂能、袁晶电力、郭萱高科等陆续涉足大型圆柱形电池，只有少数厂商推出相关产品，并没有得到太多的市场关注。

在很多业内人士看来，这是“一个烫手山芋”。

技术突破带来的热潮

任何动力电池厂商都不能忽视大圆柱电池在性能和成本上的优势。无论是特斯拉还是国内的动力电池厂商都在努力提升自己的技术，这种努力的成果在今年已经开始显现。

与松下相比，特斯拉本身似乎在4680电池的大规模生产方面有所改进。

今年10月12日，特斯拉宣布其位于德克萨斯州的超级工厂下线了第2000万块4680电池；今年6月17日，特斯拉刚刚下线第1000万块4680电池。在16周内，特斯拉平均每天生产约85，500块电池。

国内电池厂商也开始发力。今年4月，中创新航首次亮相46系列“顶流”大圆柱电池；蜂巢能源还在今年5月的上海车展上展出了4695块大型圆柱形电池。亿纬锂能在原有电池的基础上推出了4695 BEV模块方案；郭萱高科4695年产10GWh新能源电池项目宣布落地安徽合肥。

“甲子光年”发现这种现象是技术突破带来的热潮。

大型圆柱形电池最大的特点，也是最难的技术工艺，就是极耳设计。“甲子光年”通过多方渠道了解到，目前国内大部分电池厂商的加工工艺都是“扁平化”而非特斯拉的“切割重叠”。

“切割和重叠”过程要求非常高的质量。圆柱形电芯的尺寸越大，就意味着要缠绕更多线圈的极片，保证每一圈极片都要平行对齐，添加电解液也更加困难，容易导致产品良率低，生产效率低。2020年特斯拉刚推出4680电池的时候，良品率只有20%。

“拉平”工艺虽然很难控制耳朵的形状，但有提高生产效率的好处。

知名咨询公司罗兰·贝格全球合伙人师帅告诉甲子光年:“目前国内很多电池厂商采用的是扁平化工艺，可能会造成极耳出现坑洞，可能会影响焊接，但它绕过了特斯拉遇到的问题。如果特斯拉想不通，我会寻求新的技术路线。”

国内大型圆柱电池的技术难点正在通过资源投入得到解决，深圳中基、一飞激光等国内大型圆柱电池设备供应商也开始推出产品，布局极耳扁平化专利。

BIC电池副总裁李丹表示:“目前4680大圆柱电池的生产效率为50~150ppm(单体电池的生产效率，意思是每分钟生产的数量)，比原来的小圆柱产品提高了5倍左右。未来几年，大型圆柱形电池效率有望达到300ppm，单体电池年产能与方形电池基本相当。”

如果国内电池厂商能够在4680电池量产后实现高生产效率和高良品率(2022年下半年特斯拉4680电池良品率达到92%)，那么大型圆柱形电池将引发电池行业格局的新变化。

未来会以大型圆柱形电池为主吗？

大型圆柱形电池的重新出现，正是车企想要“降本增效”的。

从电池性能本身来说，目前大型圆柱电池的能量密度已经超过300Wh/kg。如果量产，会有非常低的生产成本，少量也能降低电池管理的难度，几乎完美的满足了车企对电池性能的需求。

某电池厂商的营销人员向“甲子光年”介绍，在使用相同正负极材料体系的情况下(如正极采用811三元材料，负极采用石墨)，4680电池的成本仍高于方形电池，但差距并不太大。额外的成本主要来自于铜箔的用量和切割焊接设备的投入。

兴业证券在研报中表示，4680电池2025年成本约为0.323元/wh，而方形电池2022年成本为0.75元/Wh，预计2025年为0.55元/Wh。假设一辆B级电动车续航700km，电池容量100kWh。到2025年，方形电池的加载成本约为5.5万元，而使用4680电池的成本仅为3.23万元。

“当大缸各级达到全规模，电池回收成熟形成闭环时，预测大缸Wh成本不会高于方形磷酸铁锂电池的5%。”李丹说。

可预见的成本优势，让从业者和研究人员看好大型圆柱形电池未来的市场趋势。

“目前很多大型新能源车企已经敲定未来5到10年在中高端经济使用方壳/叶片磷酸铁锂电池和三元+硅大圆柱电池的布局。”李丹告诉甲子光年，“保守预测，2025年动力电池需求将超过1600GWh，其中大型圆柱形电池至少占30%，整体市场前景非常可观。”

师帅认为，特斯拉对大型圆柱形电池的拉动作用不容忽视。据预测，到2025年，46系大圆柱电池的市场份额“20%以上没问题”。

另外，4680电池的结构可以使其承受更高的电压。根据Insideevs的研究报告，4680电池系统在400V平台上充电到70%的电量需要15分钟，如果安装在800V电压平台上会更快。这相当于4680电池是自然过充电池，企业不需要在电池端进行额外的过充研发。

大圆柱电池的应用不仅可以让汽车更便宜，充电更快，跑得更远，最重要的是，在新能源汽车增速放缓，车企都在追求“降本增效”的时候，大圆柱电池或许能开启动力电池的新时代。

以2022年国内市场为例，中国汽车动力电池产业创新联盟数据显示，国内动力电池年装载量为294.6GWh，其中方形电池占据93.2%的市场份额，仍是市场主流。

但同时要看到，方形电池的能量密度已经触及天花板，生产技术也很成熟，升级路径较少，性能提升并不大空。相比之下，大圆柱电池在行业内处于“刚刚起步”的状态，具有更大的灵活性和可能性。

这种可能性对于市场份额相对较小的电池厂商来说并不为过，被称为“咸鱼翻身”的机会。

目前，当代安培科技有限公司在动力电池领域仍然拥有绝对的话语权，在方形电池领域，其他电池厂商很难与之抗衡。它们不仅不能动摇当代安培科技有限公司的地位，而且还容易发生技术侵权和专利纠纷。据了解，除了当代安培科技有限公司和中创新航提起的专利诉讼外，蜂巢能源和瑞普蓝骏等电池制造商都收到了当代安培科技有限公司关于专利侵权的信函。

在三元锂电池无法与当代Amperex Technology Co .，Limited抗衡，磷酸铁锂电池无法与比亚迪抗衡的情况下，大圆柱电池这种人人新品让很多电池厂商看到了换道超车的机会和可能。

未来，大型圆柱形电池将成为方形动力电池的有力竞争者。“就车企而言，现在大家都会引入除当代安培科技有限公司之外的其他供应商。这是为了平衡成本，保证供应稳定。未来大型圆柱形电池肯定也会出现同样的情况。”师帅说。

如今，虽然大圆柱电池还没有真正量产，但不可否认的是，它已经成为改变动力电池行业棋局的关键。

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