完成三種材料體系開發，遠東電池46系大圓柱量產提速
大圓柱電池產業化已經到來。今年包括特斯拉、億緯鋰能等企業研發的大圓柱電池已經進入量產階段。業界預計2024年大圓柱產量會較今年增長4倍以上，2025年預計會較今年增長10倍左右。
憑借極致性能、更高安全和更低成本等多重優勢，大圓柱電池已成為電池企業重點布局的新一代技術路線。
除了億緯鋰能、寧德時代、比亞迪(弗迪電池)、遠景動力、國軒高科、蜂巢能源等動力領域頭部玩家，長期深耕圓柱電池領域的細分領域企業，憑借在圓柱電池工藝、材料、結構和制造層面的創新積累，正率先撬開圓柱電池產業化大門。
在日前舉行的第八屆動力電池應用國際峰會上，江西遠東電池有限公司王左誠博士發表了題為《大圓柱電芯的前景與挑戰》的主題演講，介紹了遠東電池在大圓柱領域的技術布局，以及在小動力、大動力和儲能領域的多體系大圓柱電池產品矩陣。
圖為江西遠東電池有限公司王左誠博士
在電動汽車動力電池集成化趨勢下，圓柱電池只有尺寸做大，才能契合CTP、CTC的發展思路。以特斯拉Model Y為例，其21700電芯數量高達4000個，而使用4680大圓柱電池，電芯數量縮減到900個，不僅大幅提升了系統空間利用率，同時極大減少了零部件，降低了BMS管理難度等。
當然，圓柱電池做大，也有著更大的性能和價值可以挖掘。
在性能方面，大圓柱電池有著高能量密度、高倍率和高效率三大優勢。
在能量密度方面，據王左誠介紹，相同電池材料體系下，大圓柱電池能量密度可以做到更高。目前，遠東電池針對市場和客戶需求，已經開發了一系列高能量密度、高倍率的18650、21700系列產品，建立了多元化、多重適用性的產品矩陣，全面覆蓋小動力市場不同應用場景的需求。其中，公司在行業內率先量產的超寬溫域18650-4000mAh、21700-6000mAh，突破了18650、21700系列電池量產能量、容量極限，“以目前量產可以做到的21700圓柱電芯為例，其能量密度達到300Wh/kg，但在公司開發的4680圓柱尺寸下，其能量密度達到308Wh/kg?！?/p>
同時，相較于方形、軟包及小圓柱電池，46系列大圓柱電池采用鋼殼結構，安全性更好，可以使用高鎳+硅碳，相比傳統三元+石墨體系能量密度提升30%。
倍率方面，46系列大圓柱電池采用了全新的全極耳(也稱“無極耳”)工藝，發熱量大幅降低，倍率性能優異，在大倍率充放電的情況下溫升比小圓柱電池降低20%。
成組和集成效率方面，單顆4680圓柱電池能量是單顆21700圓柱電芯的5倍，是18650圓柱電芯的7.5倍。因此在電芯成組上，可大幅減少電芯數量，系統集成效率提升5%以上，使圓柱電芯在整車CTP、CTC上成為可能。
在安全方面，大圓柱電池相較于傳統小圓柱電池優勢也非常明顯。
首先，全極耳圓度優于傳統極耳，側向形變小，大圓柱電芯結構更為穩定;
其次，大圓柱電芯可以通過底部進行散熱冷卻，散熱效率高于側面冷卻的散熱效率。在整個電池包系統中熱量分布更加均勻;
再者，大圓柱設計有防爆閥，當電芯內壓過高的時候，可以進行定向泄壓，避免電芯產生爆炸。
成本優勢也同樣明顯。據王左誠介紹，大圓柱成本優勢主要體現在材料成本、制造成本和系統成本等多個維度。
材料成本方面，因電芯尺寸變大，大圓柱電池結構件占比會明顯減少。以鈉離子電池為例
21700電芯鋼殼+蓋帽成本占比16%;同材料體系下，4680電芯鋼殼+蓋帽成本占比6%，結構件等材料成本下降10%左右。
制造成本方面，圓柱電池采用卷繞生產工藝，生產效率高、產品一致性好，成本低于方形疊片成本。
系統成本方面，因尺寸變大，同體積下電芯用量減少，BMS管理難度降低，成組效率提升，系統成本也會有明顯下降。
盡管大圓柱電池優勢明顯，但在產業化過程中仍然面臨著諸多挑戰。王左誠表示，大圓柱電池采用全極耳工藝，在揉平、整形、焊接、以及開口化成等方面都會遇到一系列的工藝問題，目前幾乎所有廠家都面臨產線良率和品控問題，需要通過技術創新，優化工藝，從而提升產品整體良率。
據介紹，遠東電池46系列大圓柱電池從單體到系統進行了全面技術創新賦能。
在結構開發方面，除了普遍采用的無極耳結構，遠東電池還采用了雙重封口設計，降低了電芯漏液風險，兩側防爆閥設計可根據需求定向泄壓，進一步提升了電芯的安全性能;公司46系列大圓柱電芯支持開口化成，解決了采用硅基負極和鈉離子電池化成過程中產氣問題;底部連接設計：卷芯通過集流盤與鋼殼直接連接，具備優異的導熱導流作用;雙向焊接：具備同側或異側PACK成組焊接。
據王左誠介紹，針對新能源汽車、儲能和小動力等不同應用場景，遠東電池46系大圓柱適配不同的化學體系，包括高鎳三元+硅基體系、磷酸鐵鋰體系和鈉離子電池體系等。
其中高鎳三元結合硅基負極的高能材料體系，將產品能量密度提升至308Wh/kg;搭配復合導電網絡技術則可提升產品的快充性能，實現15分鐘充電80%;進一步結合低溫電解液技術，可讓產品在-40℃正常放電使用，破解用戶對新能源汽車的冬季續航里程“焦慮”。
演講中，王左誠還就硅基負極易膨脹等挑戰，分享了遠東電池針對這一行業痛點的材料、技術和工藝創新。
遠東電池開發的大圓柱鈉離子電池，可以實現在-40℃正常放電使用，循環壽命達到3000次，且具備5C超高倍率性能;公司開發的大圓柱鐵鋰電池，循環壽命達到8000次。
得益于圓柱電池的高性能、低成本和高集成優勢，圓柱電池有望在中高端車型市場重回主流，目前頭部電池企業都在深度布局這一領域。作為深耕圓柱電池領域多年的遠東電池，其圓柱電池已經服務超過8萬輛電動汽車、300萬輛電動輕型車，且公司產品已經廣泛配套儲能等不同應用場景。依托在圓柱領域的積累和創新力，已經突破圓柱電池工藝、結構、材料和系統開發的遠東電池，有望在大圓柱的賽道大有可為。
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