锂电池定制16年-动力锂电池系统解决方案商

 

4680是指直径为46毫米、高度为80毫米的圆柱形电池。大圆柱体相对于小圆柱体。特斯拉最初的动力电池是一个圆柱形18650电池（直径18毫米，高度65毫米）。

圆柱形电池的尺寸由小变大，这不仅意味着尺寸升级，还包括电池安全性、续航里程和充电容量等因素。大型圆柱形电池并不局限于某家公司，而是许多汽车公司和电池工厂绘制的轨迹。该领域未来的可替代性和后续的迭代范围将逐渐扩大。

 

1.从小到大的圆柱形电池

索尼是第一个将圆柱形锂电池商业化的公司。1991年，索尼发布了18650圆柱形电池，开启了锂电池的商业时代。松下是第一家向汽车公司提供圆柱形电池的公司。

2008年，特斯拉的第一款豪华轿跑车Roadster问世，使用了7000多块松下18650三元锂电池，拉开了特斯拉与松下的长期合作。2017年，由特斯拉和松下联合开发的21700圆柱形电池。

 

 

2020年9月，特斯拉推出4680大圆柱电池，标志着动力电池行业进入大圆柱电池时代。从那时起，整车和电池领域的公司一直在争先恐后地部署大型圆柱形电池，希望在下一代车型和电池的设计中获得主动权。

全球排名前十的动力电池公司正在积极部署大型圆柱形电池，一些汽车制造商也在开发大型圆柱形动力电池。

专业人士表示，这个大圆筒本身就是一个压力容器。工业中出现的所有电池化学物质都可以装入大圆筒中。包括全固态电池、半固态电池、高镍三元电池、低镍NCM622、NCM532、lifepo4电池、磷酸铁锰锂电池、正极用钠电池。

 

 

还有锂金属、石墨+硅纯石墨作为阳极。这也是大型圆柱形电池的另一个非常核心的优势，即更好的适应性和与不同平台的兼容性。从不同材料来看，2022年销售的新能源汽车安装的三元电池的平均能量密度约为154Wh/kg，安装的磷酸铁锂电池的平均能源密度约为128Wh/kg。

因此，根据车企的订单需求，今年开始放量的大型圆柱形电池主要适合中高端车型。预计2023年，全球大型圆柱形动力电池装机容量将达到15.6GWh，大型圆柱形家用蓄电池装机容量为0.4GWh。

 

2.大圆筒4680的46毫米有什么突破

圆柱形电池的直径已从最初的18mm和21mm逐渐升级为26mm（2665）、32mm（3265）和34mm（3420）。为什么主流的大型圆柱形电池的直径设置为46毫米？

在电力领域，尽管圆柱形电池尺寸的增加可以减少车辆中使用的电池数量，降低BMS管理的难度，但会带来性能和安全问题。据研究，电池容量每增加10%，其循环寿命就会缩短约20%，充放电率会降低30%-40%，电池的温升约为20%。如果你继续增加电池尺寸，你就有牺牲安全的风险。

 

 

从46毫米的直径开始，整车的电池寿命开始下降，降低成本的边际效益逐渐放缓。因此，从电池的整体性能和成本来看，46mm的直径是目前生产技术水平下的最佳解决方案。

从18650电池到21700电池，电池单元的容量增加了35%，能量密度增加了20%，系统价格下降了约9%。从21700到4680，根据特斯拉的数据，其4680电池的能量密度增加了5倍，充放电功率增加了6倍，续航里程增加了16%，每千瓦时的系统成本降低了约16%。

与传统电池相比，大型圆柱形电池不仅在尺寸上有所升级，而且在单体和系统层面都具有技术创新性。4680电池最大的创新是新的无标签技术，也被称为全标签技术。

 

与传统的电池技术相比，使用无标签的优势在于：

它可以将电子运动路径缩短5%-20%，并将内阻降低5-10倍；

可以避免电子偏移和过电位现象的发生，提高电池寿命；

导电涂层与电池壳的接触面积达到100%，分散了加热面积，有效解决了电池发热问题。

 

 

无卡口设计缩短了电池中电流的移动距离，解决了高倍率充放电时温度升高的问题，大大提高了充电速度，突破了快速充电的瓶颈。

与传统电池中使用的铝线焊接不同，4680电池的电池和集电器是通过激光焊接的。它消除了电线连接导致的集电器故障问题，减少了用于电气连接的零件数量，降低了零件的电阻，增加了电池的能量密度，有利于增加电池的尺寸。目前，干电极的能量密度超过300Wh/kg，从长远来看可以达到500Wh/kg。

 

3.4680电池量产的瓶颈

特斯拉采用的无极凸耳解决方案是目前大型气缸的主流技术路线。具体操作是在缠绕极片并进入缠绕机之前，在极片上切割一些小孔。向上滚动时，将切割凸舌引导到滚动时的某个位置。最后，将所有导向件引导到一个位置，最后将接线片和回流板焊接在一起。

每个制造商设计的4680电池结构件不同，属于非标准件。特斯拉4680电池的上表面和下表面均与电池侧壳体机械连接。根据LG新能源的4680电池专利说明书，电池的上表面是独立组装的，下表面与侧面融为一体。

 

 

从绕线电池无接头工艺到设备，一些起步较早的电池公司也有自己的技术路线。每家公司都专注于不同的领域，并有自己的障碍。从行业角度来看，现阶段大型圆柱电池量产的瓶颈主要来自工艺层面。

大型圆柱形电池无凸片的创新技术增加了凸片模切、压平、无凸片和集电板激光焊接过程中的难度，直接影响了电池的良品率，使电池难以批量生产。

实现大规模量产需要90%以上的良品率，这仅靠电池公司开发和设计大型圆柱形电池组装段是很难实现的。还需要与锂电池设备公司合作，进行产品升级和工艺创新，以实现良率突破，满足量产要求。

 

无极柱形电池大规模生产和应用的核心在于通过激光焊接实现集电器、集电器、正负极盖的全面积焊接。

接片数量的增加对焊接的准确性、质量和一致性提出了更高的要求。它可以推动激光技术设备从传统电池的脉冲激光点焊向4680连续激光焊接设备的转变，激光焊接工艺从5道增加到7道。

单个方形电池的电池容量约为150-250Ah，而单个4680电池的电池电量仅为25Ah。生产特斯拉Model Y需要大约960个4680电池。

 

 

因此，无论从单体电池的水平还是所需的电池总数来看，4680电池技术带来的焊点数量都比传统电池高出约5倍。也就是说，要生产1GWh的4680电池，与18650和21700条电池生产线相比，需要增加5台焊接设备。

大型圆柱形电池现阶段面临的挑战也是商业机会。大型圆柱形电池在技术和结构上的要求更加严格，这带来了对耳朵激光切割、揉捏和激光焊接等设备的升级需求。结构件行业壁垒提高，具有全球竞争力的结构件龙头企业有望受益。

在电池化学材料方面，高镍正极和硅基负极等具有更高能量密度的化学系统可能会迎来新一轮的增长机会。同时，将进一步推动大型圆柱形电池材料体系的更新，推动单壁碳纳米管和新型锂盐LiFSI获得更大的市场份额。