大圆柱电池难产，挑战「宁王」的挫败｜PowerOn未见
The following article is from 启动PowerOn Author 韩永昌
聚光灯持续扫射着智能电动车产业，难免留有“盲区”，它可能很快就到来，但未被发觉，可能长久未变，但依然主导规则，我们称之为“未来之见”“未知之见”，这就是我们“PowerOn未见”栏目的由来，致力于呈现汽车产业的关键“盲区”。
文｜韩永昌
编辑｜李勤
来源｜启动PowerOn（ID：EV36kr）
封面来源｜IC photo
4680大圆柱电池发生了什么？它的黄金时代还能到来吗？
作为动力电池出货量最大的企业，宁德时代在业内素有“宁王”之称。这家公司以方形硬壳电池见长，也不断拓展着方形产品的能力边界。
连续两代CTP（电芯到电池包）技术大幅提升了系统能量密度，去年推出的麒麟电池又采用大面积水冷技术，将能量密度拉升到255kg/Wh的同时，兼顾了超快充能力。今年上半年的装机数据显示，宁德时代国内动力电池装机量为66.03GWh，牢牢占据市场份额超过43%。
但圆柱电池是方形之外更早的一个电池“流派”，其能量密度上限更高，设计也更加灵活，适合大规模生产。2008年，特斯拉就已将松下的18650小圆柱电池装上车，随后双方又合作开发了21700电池。如今为了更低的成本与更高的能量密度，又升级至46800电池。
46800电池是一种底部直径为 46 毫米，高度为 80 毫米的圆柱电池，命名方式与 18650、21700 相同，最后一个“0”代表圆柱，可以省略。4680 比传统的 18650 足足大了两圈，又被业界称为大圆柱电池。
大圆柱电池在底部直径上获得了统一，而为适应汽车的底盘设计，高度会有少量调整，例如高为95mm的4695大圆柱电池等。
马斯克对大圆柱电池寄予厚望，曾表示特斯拉未来所有的电动车型都将使用 4680 大圆柱电池。行业也为之跟随。2021 年开始，LG、松下、亿纬锂能、远景动力等陆续发布了与大圆柱电池相关的产能规划与量产时间。
GGII 数据显示，截至 2023 年 4 月，全球大圆柱电池产能规划合计已超过 350GWh。而 2022 年全年国内动力电池装车不过 294.6GWh。
大圆柱电池之所以受到热捧，核心原因就是它的能力禀赋迎合车企的“既要又要”：既能满足高能量密度，又能兼顾低成本。
能量密度的提升主要来自于硅负极的使用。硅负极的理论克容量是传统石墨负极的 10 倍，但硅负极在充放电过程中体积会发生膨胀，让电池变形，膨胀率是石墨的 25 倍。
圆柱电池的结构天生抗压，内部结构也比方壳和软包更加均匀，如同一个可乐罐，可以在硅负极发生膨胀时向多个方向分散压力，因此更适合硅负极。再搭配高镍正极材料，大圆柱电池的能量密度天花板更高。
马斯克曾表示，特斯拉的 4680 电池单体能量密度可以达到 300Wh/kg，国轩高科称其46系列圆柱电芯能量密度已达到 310Wh/kg，今年年初，亿纬锂能将这一数值拉高到350Wh/kg。
在提高能量密度的同时，大圆柱电池也戳中了车企的降本心思。
圆柱电池的使用历史悠久，电芯一致性较好，生产效率的上限也更高。业内圆柱电池的顶尖生产水平可以达到 300PPM（电池产能单位），也就是每分钟产出 300 个圆柱电芯。方形电池容量更大但生产效率受限，业内普遍在 20 - 30 PPM，就算比亚迪最新的产线，产能设计上限也只有60PPM。
一辆特斯拉 model Y 需要 4400 颗左右的 2170 电芯，或者是 800-900 颗 4680 电芯。
直到2022年，比亚迪才凭借垂直整合策略，用销量带动自家的刀片铁锂电池出货，威胁到宁王。
但在三元电池领域，宁德时代依旧盘踞着超 60%的份额。不论是市场还是专利，其他电池公司都难有突围之力。
据 PowerOn了解，大量的二线电池公司，包括中创新航、塔菲尔、蜂巢能源、瑞浦兰钧等在内，都收到过宁德时代的专利侵权律师函。也就是说，想要在三元方形电池上与宁王竞争，将面临重重雷区。
而相比于对三元方形电池的恐怖统治力，宁德时代“不太擅长大圆柱”是行业半公开的秘密。
早期特斯拉进入中国建厂时，急需 21700 圆柱电池的供应商，其锁定的目标对象是 LG 化学而非宁德时代，于此就可见一斑。
特斯拉发布 4680 大圆柱产品后，引发行业追随，宁德时代也出于市场需求，向宝马推荐过圆柱电池方案“金箍棒”，但至今已无进展。如今行业里建成大圆柱电池量产线的公司，也是亿纬锂能等，尚不包括宁德时代。
当然，就连宁德时代自身投入在第三代 CTP 技术麒麟电池的资源和热情，也远超大圆柱电池。麒麟电池发布之际，宁德时代便公开表示“在相同的化学体系、同等电池包尺寸下，麒麟电池包的电量比 4680 大圆柱形电池系统可以提升 13%”。
更有接近合作的人士向 36 氪透露，虽然宁德时代宣布拿到了宝马的大圆柱电池定点项目，但并未放弃说服对方采用自家的麒麟电池。
宁王无暇着力的大圆柱路线，是其他电池公司换道超车的机会。多家电池厂高管都向 36 氪表示，可见的三元电池的标准产品就是大圆柱，而磷酸铁锂方案则为短刀片。
以刀片电池称誉市场的比亚迪，也在布局大圆柱电池，设备招标已经开始。有知情人士告诉 36 氪，早期开发刀片电池时，比亚迪测试过三元的方案，但电芯越长内阻较大，“长刀三元过不了热失控，只能做铁锂。”眼下，比亚迪正在通过大圆柱方案推进三元电池。
2019 年春节，特斯拉仍未在“产能地狱”中脱身，财务状况紧张。但睡在工厂车间的马斯克时刻不忘给人惊喜，当天宣布以 2.18 亿美元溢价 55%收购美国初创公司 Maxwell。
Maxwell 名不见经传，是一家主打超级电容器的公司，但该公司拥有一种核心专利技术——干法电极。马斯克看到了这一技术的巨大潜力，想要将其搬运到动力电池领域。但实施起来并不简单。
打个比方，传统的湿法电极可以理解为将奶粉加水调制成浆糊，抹在面包片上，特斯拉的干法电极则是不用加水，直接将奶粉压实在面包片上。
据特斯拉估算，干法电极不仅能带来能量密度和循环寿命的改善，还能够减少 18%以上的成本，以及 41%的设备投资。
迟峰（化名）有多年的科研机构和电池研发经验，参与过拆解特斯拉的 4680 电池，他告诉 36 氪，“干法既不用溶剂，也节省了湿法涂布的干燥环节，涂布的干燥烘箱一般有几十米长，每一节都有 100 度的高温。因此降本力度很大。”
但将干法电极用在动力电池的生产上不容易。特斯拉原本的设想是在正负极上都使用干法技术，但迟峰拆解后发现，“只有负极使用了干法，正极依旧是湿法。”
正极干法工艺举步维艰。迟峰说，如果负极干法工艺的量产进度可以打 10 分，那“正极干法工艺目前也就 3-4 分”。去年 8 月，马斯克也公开承认“干法正极工艺碰到极大挑战”。
为了量产，特斯拉只能妥协：用回传统湿法制作正极，只用干法做石墨负极。相当于，特斯拉早先为大圆柱电池设定的硅负极和干法电极的极致方案，只取了一半。
特斯拉尚且难磕干法电极工艺，国内动力电池公司更是退避三舍，即全部使用成熟的湿法技术，再结合硅碳负极，保住能量密度优势。
因此，大圆柱电池量产的版本主要有，特斯拉主导的 4680，使用干法石墨负极+湿法高镍正极；国产版 4680，使用湿法硅负极+湿法高镍正极。
国产版 4680 目前披露的性能要高于特斯拉版，但二者想要达到量产，还要共同克服另一个工艺难题——极耳焊接。
极耳可以通俗理解为电池外表的正负极，圆柱电池的极耳一般分布在上下两端。4680 电池采用了全极耳技术，正极位置几乎不变，整个电池底部和壳体都变成了负极，所以叫全极耳，又称无极耳。
电流从正极流向负极时，穿越的路径越长，内阻就会越高，这样不仅损耗了能量，还容易引起发热问题。而大圆柱的全极耳技术极大的缩短了正负极间的距离，使得能量密度更高，散热性能更好。
据特斯拉介绍，4680 的内阻只有 2170 的五分之一。这种更利于电池散热的工艺，也让高镍材料的使用在安全性上得到了保证。
但全极耳技术的代价同样不菲，要增加极耳成型、集流盘焊接与激光封口等多个环节。而因为是新技术，“每一家的细节处理都不太一样，良率很难保证。”
电芯工艺的攻克只是做出4680电池的第一步。这种创新产品的量产和工业化更是困难重重。首先从产线上，4680就需要一套全新的设备。据 PowerOn了解，46 系的产线设备目前没有完整的供应商，都要分段采购。而大圆柱产线的生产节奏设计极高，一条产线如果制定为400PPM，几乎是将一个机械设备，用芯片的控制逻辑来生产，“各段设备之间的磨合要求相当高。”
重重困难下，大圆柱电池的量产节奏就不再明确。除了特斯拉交付了 4680 电池，供1.2 万辆 model Y 搭载，再无车企量产落地。国内量产进度最快的是亿纬锂能，预计今年产能释放 20GWh。但今年已经过半，亿纬锂能的量产进度也不如预期。
一位大圆柱电池研发人员评价道，绝大多数厂家的电池都还没开发完全，很多都是只有一个外壳，性能上不一定能满足客户需求。就算性能可以满足客户需求，还要面临着生产良率、稳定性的达标。
“大圆柱电池是个好东西，但车企都无福消受。”有电池行业高管向PowerOn直言。
在需要大圆柱电池这条路上，同行者越来越少。就连4680大圆柱电池的推动者特斯拉，也已经意兴阑珊。
该公司近期发布的远景规划显示，未来的紧凑型电动汽车和中型电动汽车Model 3/Y，都将使用磷酸铁锂电池，占到总电池用量的近80%。
“只有高价格、追求高性能的车，或者 800V 高压快充的车型，才是大圆柱的最优解，常规的 400V 没必要上大圆柱。”上述行业人士表示。而用好大圆柱电池，也需要过硬的工程能力，包括掌握近千个电芯的激光焊接技术。
比如特斯拉Model 3 的电池包里曾有三个大模组，每个模组 2000 个圆柱电芯，“只要一个焊点失效整个模组就要换掉。“
如今的新能源车企都深陷价格战泥潭，降成本是核心需求。
电池厂也早已顺势而为，大幅降价。据 36 氪了解，去年仅磷酸铁锂电池的售价就高达 1200 元每度电，但如今已快速滑落至700乃至600元左右。
而三元方形电池也在用性价比策略，快速抢占车企需求。例如，中创新航凭借一款高压中镍产品便冲到国内动力电池装车量第三，其最大的亮点不是技术创新，而是综合的性能和性价比。
宁德时代的麒麟电池更是在不遗余力地拓展三元方形电池的边界，甚至通过极氪汽车量产9系高镍和硅碳负极电池。
车企都会综合性能、成本与规模量产能力，来选择电池的使用。在降本需求迫切与技术未成熟的双重拉锯下，大圆柱电池难免被冷落。
但如果把视野拉长，行业对电池高能量密度的追求从未停止，大圆柱电池的战略角色依然浓厚，例如成为高镍材料的载体。据PowerOn了解，2025年要推出的大圆柱电池方案，几乎都采用了9系高镍材料。而韩国企业LG化学更是将在4680电池中应用单晶高镍材料，继续将能量密度拉升10%。
同时，大圆柱电池也拉高了电池生产效率的上限。据PowerOn了解，特斯拉4680大圆柱电池的产线水平已经是 150PPM，几乎是当下三元方形电池的10倍。
高性能和产能上限，是4680电池的技术底色，这对于豪华车企依然具有长远的吸引力。
PowerOn独家获悉，今年开始，一则千亿欧元的巨额电池订单在行业流传，这则订单来自宝马，寻求的电池产品就包括大圆柱电池。特斯拉依然在奋力爬坡，蔚来也在咬牙走出低谷，“按新的时间点推进自制电池量产“。
头部豪华车企的坚持为大圆柱电池保留了火种，量产关隘并未封锁。这也意味着，这场围绕车企底盘的争夺战，依然悬念十足。
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