2023上海国际车展:动力电池趋势,46系列大圆柱国内供应链崛起

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本次车展,动力电池可谓是好戏连台,精彩纷呈,国内超过8家电池厂商参加车展并带来了新的产品和技术,这在之前车展和展会上是见的比较少的。

其中有基于电池正负极,隔膜电解质等材料创新的凝聚态电池,钠离子电池,硅材料电池等。但比较有意思的是本次参展的电池供应商将近一半都推出了46系大圆柱电池。

熟悉电池的人都知道,动力电池主要分:

Cylindrical圆柱形电池(是最便宜的格式,纵观整个电子行业,)

Prismatic棱柱形电池(最常见的汽车电池形式,因为它们可以密集包装并节省成本)

Pouch软包电池(最有效的空间利用)

其中软包电池以其密封的柔性箔作为容器,以具有更轻的结构而闻名,所以能量密度比高,不少欧美电车一直使用,但是由于制造难度大,成本高,而且在热失控方面更加难以控制。所以国内宁德时代等巨头一直推的是棱柱形电池,如果看统计数据汽车动力电池基本上是棱柱形电池的天下。

但是随着特斯拉在两年前宣布采用4680系列大圆柱,46系列大圆柱电池可以实现高性能(充电和续航高性能),高安全(热失效)而且在技术突破之后还有很高的制造效率。所以接下来宝马汽车也将采用4695,有消息表示通用汽车也将采用46系列大圆柱电池,他和三星SDI在美国建的电池厂,很可能就是生产46系列大圆柱电池。

而这次上海车展上看到国内超过4家电池厂商推出46系列大圆柱电池,其实可以察觉46系列大圆柱将大面积上量,国内供应链崛起。

圆柱电池的型号有14650、18650、21700、32650、4680(以电池的标准化尺寸命名,如4680圆柱电芯为直径46mm x 高80mm)。18650代表最成熟的技术,SONY于1992年研发,特斯拉汽车电池最早开始就是使用18650 三元锂电池,特斯拉的开始车型Roadster 和 Model S一台车大概就使用6,000-9,000 节14650电池。直到2017年,特斯拉与松下共同研发了更大的 21700 圆柱电池,并将其首次Model 3 上,采用 NCA+硅碳方案,单体容量较18650 电池提升约 35%,并一直到现在是特斯拉汽车应用最广泛的电池电芯。

圆柱电池优点:

易于制造和良好的机械稳定性。圆柱结构可以承受高内部压力而不变形,圆柱形电池比方形电池具有更好的散热性。

圆柱形电池每安培小时有更多的连接,这意味着比方形电池更多的功率和更快的放电速度。

圆柱形电池非常适合高性能应用,棱柱形电池更适合优化能源效率。

从制造角度来看,圆柱电池和生活当中瓶子类似,看过特斯拉的4680系列制造流水线视频,圆柱形产品可以极大减少制造中异形和不规则运动,从而可以节省制造人力时间成本。

圆柱电池的问题:

但是传统的小圆柱电池,例如特斯拉汽车电池最早开始就是使用18650 三元锂电池,Model S中就有6,000-9,000 节小圆柱电池,由于相对于软包和棱柱形电池来讲有更多的单体圆柱,那么问题就来了:

每个小圆柱都有铁或者铝的外壳,显然能量比高不了。

另外达几千个小圆柱电池焊接如何确保结构

多达几千个小圆柱电池如何确保充放电的软件管理?

所以,小圆柱电池在国内环境应用生态难,但是转机出现在电动车教父特斯拉喊出的4680大圆柱电池。

从小圆柱到46系大圆柱,同样的电池包容量,可以减少电池,减少数量意味着可以节省30-40% 的电池组外壳钢材。还意味着减少电池连接,减少电芯意味着 4680 格式只需要 1,800 个连接,而 2170 格式需要超过 8,800 个连接。

4680 电池最大的创新是新增无极耳技术,又称全极耳技术,通过缩短电子移动路径、扩大散热面积,改善 了单体电芯增大带来的热量增加问题,突破了电池的快充瓶颈。

电池极耳(或端子)是承载电池电流的正极 (+) 和负极 (-) 连接器,随着电池容量越来越大,电子需要移动更长的距离,从极耳移动,当极耳少而且相对电阻大的时候,电子就会升温而失去能量。通过增加极耳对使电子行进的路径更短,这意味着电池充电和放电更快。更快的放电意味着更好的功率性能。充电和放电产生的热量更少,意味着能源效率更高。也不需要额外的组件进行冷却。

在 Tesla 4680 电池中,tabless 设计应该更好地描述为具有许多极耳的电池,图中每个折叠的引脚代表 1 个极耳。电极的整个边缘(如图中的横截面所示)负责传热和电流传输,而不是单个接片。由于这种无表设计,电子行进的最大距离是电极的直径而不是高度。

但极耳到母线连接的核心工艺,激光焊接工艺要求高,是目前技术的难点,但显然这次车展情况,可知国内已经有此类问题解决的供应链。

特斯拉设计 4680 电池时,创新引入了干电极技术,具体过程为不使用溶剂,直接将少量(约 5-8%) 细粉状 PTFE 粘合剂与正/负极粉末混合,通过挤压机形成薄的电极材料带,再将电极材料 带层压到金属箔集

电体上形成成品电极,化简了湿法中的浆制、涂布烘干和溶剂回收过程, 极大提高了极片制备的效率,并节约了制作成本。

目前圆柱电池基本都朝着这些路径进发,所以本次车展46系列大圆柱电池的展示很多预示着46系列国内产品技术供应链崛起,46系列大电池将会在接下来几年迅速上量。

参考文章以及图片

*未经准许严禁转载和摘录-获取参考资料方式:

1、4680大圆柱电池将带来哪些设备投资机会?中航证券

2、Dry Process - Deep Dive -TECHtricity

3、29-Li-Ion-Cylindrical-Hard-Case-Cells-Market-2022-ver4

4、Intoduction, History, Types and Application of Lithium ION Battery (A Review) Ajmal Shariff1#, Salman Khan2#, Arshad Ahmed1, D. M. Srinivasa1, Asha M. S3 and Zabiulla3*

5、锂电新技术:大圆柱虽迟但到,产业链或乘风起 - 天风证券

       原文标题 : 2023上海国际车展-动力电池趋势,46系列大圆柱国内供应链崛起

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