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大圆柱电池再起风云:奔驰、比亚迪也加入,主打场景大不同

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大圆柱电池再起风云:奔驰、比亚迪也加入,主打场景大不同

继特斯拉、宝马之后,梅赛德斯奔驰、比亚迪也彰显了对大圆柱形电池的雄心。11月16日,在于广州车展期间举办的2023梅赛德斯-奔驰科技创新日上,奔驰在中国市场首次展示了 Vision One-Eleven概念车。据介绍,除了采用高性能电驱系统、轴向磁通电机,高性能液冷圆柱形电池也将用于这款概念车型。奔驰官方表示,圆柱形电池的化学成分会有很大的创新,目前公司正与一级方程式团队紧密合作,对其进行开发和完善。碰巧也是在同一天,国内电池材料商金杨股份回复投资者表示,公司今年下半年开始向比亚迪小批量供应46系列电池精密结构件。更多的网上信息也让比亚迪46系大圆柱电池进一步现真身。动力电池按照形状划分可分为方形、软包、圆柱。自2020年特斯拉发布4680大圆柱电池掀起圆柱浪潮以来,大圆柱电池的阵营日益壮大。紧随特斯拉之后的车企包括宝马、通用、沃尔沃、Stellantis、岚图、保时捷、蔚来等。在此之前,奔驰的电动车型主要采用的是宁德时代的方形电池和韩国企业SK on的软包电池,而比亚迪的方形刀片电池则覆盖了其全套车型,并应用于部分储能产品。在电池的性能和落地场景上,这两家企业瞄准的大圆柱电池不尽相同。奔驰的大圆柱:高性能硅基负极,先用于跑车奔驰方面关于电池的介绍惜字如金——“化学成分会有很大的创新”、“高性能液冷”、“与一级方程式车队合作”。在今年6月梅赛德斯奔驰首次发布Vision One-Eleven时,公司首席技术官Markus Schäfer也表示,电池的高性能化学材料受到F1启发。一位国内头部电池企业相关负责人向澎湃新闻记者介绍,所谓 “化学成分会有很大创新”,或意味着电池将配合8系或9系高镍三元正极材料和硅基负极材料,而未来正极材料也有可能进一步使用富锂锰基材料。在大圆柱电池的研发上跟一级方程式团队合作的原因,该负责人猜测,“这可能是由于跑车对于电池的性能要求更高,而圆柱形电池在满足这些性能方面更有优势。”“相对于方形电池形状,圆柱形电池对于新材料的适应性会比较好,电池在充放电过程中不容易发生膨胀等副反应。”这位人士表示。另一位国际知名车企负责电池研发的人士也对澎湃新闻记者指出,硅基负极或许会是奔驰的大圆柱电池发力重点。值得注意的是,特斯拉在发布4680大圆柱形电池时宣称负极要使用硅,但在目前特斯拉已经实现量产装载于MODEL Y的4680电池中,仍然采用的是传统的石墨负极。据了解,特斯拉将在其第二代4680电池中,开始少量使用硅基负极材料。相对于目前主流的石墨负极,硅材料具有的理论比容量是石墨类的10倍多,此外,硅基负极由于不存在析锂隐患,快充性能优异。不过,硅基负极材料在嵌锂过程中,存在体积膨胀严重(硅在与锂发生合金化反应时会产生巨大的体积膨胀,膨胀率最多可达300%)、材料导电性差、首次库伦效应低和循环性能等问题,材料需要进行预锂化、纳米化、碳包覆等改性处理,制作工艺复杂,目前行业仅少数企业掌握了相关工艺。据了解,在2019年,奔驰与电池材料初创公司Sila建立战略合作伙伴关系。Sila计划将硅负极电池进行商业规模化,使用其硅基负极的新电池能量密度将提高20-40%,从而使得电池在相同的空间内储存更大的能量。跟据Sila公司网站介绍,公司的硅基负极材料“Titan Silicon”能够有效地抑制膨胀。“在使用寿命结束时,完全使用Titan Silicon硅基负极的电池最多膨胀6%,与石墨负极电池相似。”在完全替代石墨的情况下,使用Titan Silicon的电池体积能量密度提高了20%,循环次数超过1100次(容量保持80%)。不仅如此,在不牺牲循环寿命和安全性的情况下,新电池能够在20分钟内从10%充电到80%。该方案可应用于方形、圆柱、软包在内的任何一种电池方案。据介绍,Sila位于华盛顿州摩西湖的制造工厂已完成新设备的开发,Titan Silicon硅基负极计划于2024年下半年开始量产,在2025年首先应用于奔驰的EQG电动车型。但值得注意的是,也有业内人士对澎湃新闻记者指出,由于材料的特殊性和工艺的困难,完全使用硅基负极的大圆柱电池“短时间内很难大规模量产,或先用在跑车。”比亚迪的大圆柱——磷酸铁锂平价路线,先用于储能今年上半年曾有传闻,比亚迪非常关注大圆柱电池,董事长王传福“亲自建了个工作群研究大圆柱电池”。7月18日,“比亚迪采购与供应管理”公众号发布“比亚迪集团拟对2023年大圆柱电池全自动烘烤线设备实行供应商公开招募”的消息,证实了比亚迪已布局大圆柱电池,且已经进展到一定阶段。此外,比亚迪全资子公司弗迪电池于10月宣布,其在9月与LG签署“战略合作备忘录”。本次合作中,弗迪电池携消费类电池产品LFP 4680,将与LG协力打造面向欧美市场的竞争力产品。未来,双方将在家庭储能、机器人及其它智能家居领域展开深度合作。11月3日,金杨股份表示,其46系列大圆柱封装壳体已经小批量供应比亚迪,主要应用于储能产品。目前,从网上已经透露出来的部分信息来看,比亚迪的46系大圆柱电池都采用磷酸铁锂材料,有两个高度,FC4680P高度为80MM,额定容量为15Ah,FC46120P高度为120MM,额定容量为25Ah。两款电池的循环次数大于2000次(70%DOD),充电适用温度是0—55摄氏度,放电适用温度是-20摄氏度—60摄氏度。此外,在电池顶部的小插头(正极端旁边)有一个防爆阀。从能量密度来看,电池单体能量密度为129Wh/kg,跟主流的车规级电池性能有一定差别(主流车规三元电池能量密度为250Wh/kg,车规级磷酸铁锂电池能量密度为180Wh/kg),落在储能用磷酸铁锂电池能量密度(100Wh/kg—150 Wh/kg)范围内。值得注意的是,有业内人士向澎湃新闻记者指出,在相同化学材料的条件下,相对于方形电池,圆柱形电池在能量密度方面并不特别占优势,但其热扩散效应好,生产一致性高,安全性理论上更高。数据显示,截至2023年4月,国内外布局大圆柱电池企业超50家,其中GWh级别产能规划企业超15家,全球大圆柱电池产能规划合计已超350GWh。 但现目前方形仍然是主流。2022年,中国市场动力电池装机量约为302.3GWh,其中方形电池装机273.9GWh,占比90.6%。此外,不少业内人士指出,大圆柱电池性能制造上还存在不确定性,集流盘和极柱、集流盘与壳体/底盖的焊接也是一大棘手难题;在性能方面要完全兑现其潜力,还需要在连续快充循环方面、高温存储方面继续下功夫。另据澎湃新闻记者了解到,有宁德时代的相关电池负责人就认为,大圆柱电池在目前的工艺上还不适合做超快充,因为顶盖的焊接工艺不太稳定,大功率充放电不安全。在热量控制上,圆柱电池包使用的蛇形水冷管也不如麒麟电池的水冷板控制更均匀。但无论困难如何,未来大圆柱电池“通过结构创新与材料体系,实现更高效制造、更高性能、更低成本来满足电动化的需求,毫无疑问是行业的重要技术路径之一。”

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