大圆柱电池量产晚于预期，当前已布局产能超450GWh
作者：武子晔
“从去年到今年，电池行业的日子有点难过。一是外部大环境不好，二是内部产业存在产能过剩的现象，三是第三代电池量产时间有一些滞后。”比克电池国际事业部创新工艺部部长许严在2023年高工锂电年会上表示。
动力电池行业发展进程中主要经历了三个时代的电池产品，第一代为三元小圆柱电池，第二代是现在所处的大方形电池时代，第三代是即将到来的大圆柱电池时代。“业内预判2023年是大圆柱电池的量产元年，实际来看可能得到明年，这也与产能过剩有关。”许严表示，电池企业必须要变革，一是通过产能走出去来改善行业现状，因为方形电池在海外市场仍是一片蓝海，中国电池企业具备较大优势；二是电池企业要布局大圆柱电池，通过极致降本在储能等领域进行应用。
高工产研(GGII)发布的《2023中国大圆柱锂电池行业发展蓝皮书》显示，截至2023年10月，全球大圆柱电池已布局产能超450GWh，目前46系大圆柱全极耳电池在国外已实现量产，国内处于小批量出货、送样阶段。
大圆柱电池为何火起来了
按照封装方式不同，电池可分为方形、软包和圆柱等多种类型。其中，圆柱电池又可分为小圆柱和大圆柱两类。
当前，方形电池占据着绝对主导地位，尤其是中国产业链企业在方形电池领域已经取得了绝对性优势，宁德时代等电池企业当前推出的产品主要为方形电池。国内市场来看，在2023年前三季度中国动力电池的装机量中，方形动力电池占比达94.5%，软包电池占比为4.5%，圆柱电池占比不到1%。
特斯拉是研发大圆柱电池的代表，2020年9月，特斯拉率先发布了“4680”大圆柱电池，即直径为46mm、长度为80mm的电池。该电池的单体能量密度可提升5倍，整车续航里程则可提升16%。不久前，特斯拉宣布，德州超级工厂在4680电池的生产上取得了重大突破，该工厂生产了第2000万块电池。而早在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。
“大圆柱电池是小圆柱电池的技术升级，通过材料减重等方面，其能量密度对比小圆柱电池至少提升8%以上，而通过材料降本以及更高的生产效率，其成本有望降低25%以上，在倍率性能方面，通过全极耳工艺，对比小圆柱的单极耳电池，其电芯内阻降低80%以上，实现更优的倍率性能，综合来看大圆柱对比小圆柱全方位领先。对比现有的主流方形，通过高镍三元+硅基的体系，有望接近于现有方形电池，同时在安全性能方面表现优异，下游车企已经完成9系三元无热蔓延的验证，因此未来大圆柱电池将在高端汽车方面得到应用，满足高安全的极致追求，宝马5系未来将大规模采用大圆柱电池。”高工产研锂电研究所高级分析师吴辉林表示。
蜂巢能源董事长兼CEO杨红新曾称，46系列大圆柱电芯的诞生具有颠覆性，包括设计、生产工艺的革新性，在制造端可大幅降低成本。不过，业内认为，大圆柱技术门槛较高，难以实现量产。4680大圆柱电池受到正极挤压、电池延压等问题，良品率偏低，也是限制众多企业的难点。因为，大圆柱电池当前在市面上的应用较少。
而除了特斯拉外，宝马集团的下一代电动车也将应用大圆柱电池，已经与宁德时代、亿纬锂能、远景动力签订了合作协议。今年7月份，官方消息称，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，这意味比亚迪也在布局大圆柱电池。
兰钧新能源资深研发经理张茜认为，性能提升是大圆柱电池开始火起来的主要原因。过去，圆柱电池以18650型为主，能量电池密度能够做到250Wh/公斤，电池的单体容量达到3200毫安时，这个电池在2016年时风靡一时。2018年21700型圆柱电池的能量密度达280Wh/公斤，电池的单体容量为4800到～5000毫安时。2019年前后，圆柱电池的能量密度能够做到很高，但受极耳的限制，单体容量太低，要几千支电芯才能装完一辆车，所以升级发展受限。直到2020年，46系列大圆柱电池诞生，相较于18650型电池，容量提升了10倍。这是因为使用了全极耳以及集流盘这样大圆柱的设计，圆柱电池的产品性能得到了很好的升级，包括快充性能、单体容量大幅提升。
“这就是为什么这几年大圆柱电池一下子又火起来了，之前完全被方形电池打了下去，现在又可以跟方形电池一起去竞争市场。”张茜表示，大圆柱电池有自身的优势，包括高标准化、高安全性、批量生产后的低成本的优势，这会使其在竞争激烈的市场中争取一席之地。
2024年有望量产
当前，动力电池产业竞争激烈，尤其是伴随今年电池价格的剧烈波动，产能出现过剩的现象，行业整体承压，淘汰赛正在加剧，而新一代电池产品也被认为是下一阶段比拼的关键，未能布局下一代电池产品的企业大概率会掉队。
技术路线和产品的选择对于电池企业十分关键。比如，2016年以前，国内多家动力电池企业过度押注磷酸铁锂技术，同时在产能上盲目扩张，这导致一些企业也在短短数年之后因技术路线的切换破产倒闭。而宁德时代始终锁定在三元锂电池的研发上，这为其后期快速成长奠定了基础。
而目前，多家企业在布局大圆柱电池。据不完全统计，特斯拉、松下、LG新能源、三星SDI、宁德时代、亿纬锂能、比克电池、AESC等8家动力电池企业，截至2025年的大圆柱电池产能规划已超过600GWh。
“现在即使真的有客户给大圆柱下订单，我们也没有产能，大家在畜势的阶段。目前大圆柱电池所处的阶段非常类似于2014、2015年之前方形电池的状态，还有未能解决的问题，现在即使要批量生产，它的风险也是非常大的。”海目星激光圆柱装配产品线总经理江桦锐表示，但大圆柱电池独特的优势使其会成为一个非常高性价比的产品，所以未来是一个必做不可的方向。
布局大圆柱电池产线需要进行相应的改造和升级，而技术工艺需保证电池产品性能一致性，这也需经过大量技术工艺参数调整。欣旺达方面今年9月份在投资者关系活动上就表示，目前大圆柱电池的难点在于工艺，主要体现在全极耳的制造效率和产品直通率，这是影响大圆柱电池能否量产的关键。
大圆柱电池目前尚未大规模量产，除了技术难题外，还有当前行业产能过剩有关。2023年，由于供需错配、价格波动等因素，电池行业产能过剩，整体处于去库存阶段，大圆柱电池未能按照节奏发展。另一方面，新一代产品的推出对于上有设备厂等企业来说也存在挑战。
“大圆柱电池目前虽然已经进入了量产的前夜，但对于整个市场端来说还是一个最新的产品形态，想要实现产业化落地，要经过不同的阶段。因此，从产品的结构设计到产品的成熟阶段再到标准化、产业化、规模化的阶段，电池企业对于生产、效率和产能的需求也是不太一样的。基于大圆柱电池规格、结构、工艺以及生产需求的多样化，作为装备企业唯有持续地去迭代自己的产品和创新，才能支撑客户完成一个新产品的产业化落地。”逸飞激光市场总监金朝昊表示。
吴辉林表示，2023年大圆柱主要集中在46系钢壳领域发展，目前已无绝对的技术瓶颈，难点在于效率和良率的提升，其中包括全极耳成型、极柱焊接、风口焊接、集流盘焊接等。针对这些问题，相关的设备企业已推出解决方案。针对卷绕对齐度的问题，相关的企业也通过自动化的系统实现更为高效、精准的控制。针对电解液浸润的问题，也有更高效的电解液浸润方案推出，未来随着技术不断进步，大圆柱电池有望实现98%以上的生产良率和300PPM以上的生产效率。“因此我们认为大圆柱在全球市场中2023年有望超过300GWh，带动国内核心材料需求，如高镍三元、硅基负极和配套壳体实现30到110倍的增长。”吴辉林表示，我国大圆柱电池有望现在储能市场起量，动力上量有望在2024年下半年以后。
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