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為何大圓柱電池在儲能領域放量先于動力？動力大圓柱產業(yè)化存在哪些卡點？
2020年特斯拉公布4680后，全球車企與電池企業(yè)重拾對大圓柱技術路線關注。然而，四年多時間過去，大圓柱電池在動力端的放量顯然不及預期。業(yè)內曾判斷2023年會是大圓柱電池放量“元年”，但實際的量產裝車進度陷入滯后。
反觀2024年市場動態(tài)，大圓柱電池反而在儲能領域加速放量。億緯鋰能、鵬輝能源、時代聯(lián)合、航天鋰電、中比新能源、華立源、利維能、創(chuàng)明新能源均布局儲能LFP（磷酸鐵鋰）大圓柱電池，并實現(xiàn)出貨。
值得發(fā)問的是，為何大圓柱電池在儲能領域放量先于動力？動力大圓柱產業(yè)化存在哪些卡點？仍有觀點認為大圓柱電池將在2025年迎來放量元年，其放量有望在2025迎來“爆發(fā)”嗎？在方形電池技術迭代如此之快的情況下，國內鋰電產業(yè)鏈還值得重押大圓柱電池嗎？
高工鋰電將梳理大圓柱電池產業(yè)化中的進展與卡點，對以上問題進行探討，上篇將重點探討為何大圓柱儲能電池放量先于動力，動力、儲能大圓柱電池的哪些差異導致了放量節(jié)奏的不同。
儲能大圓柱電池放量先行
鵬輝能源研究院研發(fā)總監(jiān)張伶俐在2024年11月表示，2024年大圓柱電池在儲能領域的應用實現(xiàn)了倍數(shù)增長，特別是在增量市場上。據高工產研（GGII）《2024年中國大圓柱鋰電池行業(yè)發(fā)展藍皮書》，大圓柱電池在儲能領域走俏，尤其在便攜式儲能、戶用儲能對電池倍率性要求更高的場景中，兩大領域出貨同比增速在2024年突破100%，并預計到2030年出貨量將達100GWh。
此前便攜式儲能、戶用儲能主要采用18650、21700類的小圓柱電池，2024年正加速向3系、4系大圓柱切換。大圓柱電池在保持圓柱電池原有優(yōu)勢的基礎上，提供了更高的成組效率，有助于進一步降低成本，驅動大疆、公牛、華寶新能等企業(yè)態(tài)度上轉向用大圓柱電池配套便攜式儲能。而戶用儲能對電池倍率性能要求更高，大圓柱放量信號更為顯著，GGII數(shù)據顯示，2024年戶用儲能領域大圓柱電池應用已達GWh規(guī)模。
另外，6系大圓柱也開始應用于工商業(yè)儲能領域。時代聯(lián)合第五代“60系列”LFP儲能大圓柱電池已面市應用。據GGII調研，2024年多家電池企業(yè)大圓柱產線吃緊，投擴產方面，對于大圓柱電池的產能規(guī)劃持續(xù)加碼。
2024年億緯鋰能50億加碼大圓柱電池擴產項目中，就有31億元用于23GWh圓柱磷酸鐵鋰儲能動力電池項目，另外19億元用于21GWh大圓柱乘用車動力電池。整體看來，大圓柱電池產業(yè)化在儲能領域向前一大步。另外，GGII還指出，與便攜式儲能、戶用儲能類似，兩輪車領域大圓柱電池出貨增速也超100%，增速達150%，出貨量2.5GWh。GWh級別的放量規(guī)模疊加多元領域的逐步滲透，2024年是大圓柱電池放量拐點已成業(yè)內共識。
為何儲能大圓柱電池放量先于動力？
GGII在藍皮書中指出，大圓柱在儲能以及兩輪車領域放量的特點之一，是替代容量相近方型/軟包電池，對比方型比能、倍率、成組效率更高，對比軟包更安全、成本更低。這背后，是大圓柱電池產業(yè)化在2024年已經有了顯著的進展，單線產能良率、效率的提升讓大圓柱電池的綜合性能優(yōu)勢開始顯現(xiàn)，為放量奠定基礎。
一方面，產業(yè)對大圓柱電池工藝達成共識。比克電池此前表示，如正極端子的焊接方式就有超聲焊、點焊和穿透焊等多種選擇。然而，到了2024年，業(yè)內對于頭部端子的焊接已經基本上達成了一致的技術路線，即穿透焊接。此外，在集流盤、極柱焊接以及封口方面上，激光工藝在精度控制、熔深、溫度控制成熟度提升、成本下降，未來有望成為主流。
另一方面，圓柱電池產線良率持續(xù)提升。良率方面，億緯鋰能在2024年3月就曾披露，其大圓柱電池的良率可以做到90%以上，小圓柱電池產線良率可以做到更高（98%）；特斯拉也披露其良率已經突破95%；鵬輝能源的大圓柱電池良率保持在96%以上。
工藝方面，2024年在焊接、裝配等對于大圓柱更具挑戰(zhàn)的環(huán)節(jié)，都有進一步的工藝升級。例如，通過優(yōu)化全極耳成型工藝、焊接技術、改進卷繞對齊度控制等措施，來克服制程工藝中的難題，以實現(xiàn)大圓柱產線效率的突破，目前大圓柱電池生產效率普遍在50-150PPM。但上述進步還無法達到動力市場預期。
儲能、動力大圓柱產品在材料體系、極片工藝乃至殼體等方面都存在差異。要實現(xiàn)動力市場理想中的高能量密度、快充、低成本目標，動力大圓柱還有更多工程化難題需要解決。不同于儲能大圓柱以LFP材料體系為主，因動力大圓柱電池在能量密度被抱以更高的期待（250Wh/kg為門檻、瞄準300Wh/kg以上），動力大圓柱通常采取高鎳正極+摻硅負極的材料體系。問題在于這類材料體系提高能量密度的同時，也會帶來更高的產氣與熱安全風險。
另外，材料體系還需要考慮與全極耳結構適配的問題。全極耳結構設計在理論上具備更快的充放電優(yōu)勢，然而，在高倍率充放電條件下電池更容易發(fā)生容量衰減。尤其負極中，純硅的導電性較差。因此，需要添加碳納米管類的導電劑來增強導電性，從而補償大圓柱快充性能。
此外，硅負極本身易于膨脹的特性也對負極的壽命產生了很大影響。大圓柱殼體有鋼殼、鋁殼兩種選擇。其中鋼殼受膨脹影響形變小，抗沖擊，可靠性更高。動力大圓柱負極中硅含量會有所提高，產氣問題會更嚴重，更需要大圓柱結構上具備高剛性，更適合用于動力大圓柱。而儲能常用的LFP大圓柱電池大多使用鋁殼。為防止電池正極活性材料對鋼殼氧化，鋼殼焊接需進行鍍鎳鋼。相比之下，產業(yè)鋁殼焊接工藝更為成熟，預鍍鎳鋼殼焊接還有待成熟。
在工藝上，被業(yè)內視為標桿的特斯拉4680以正負極應用干法電極工藝為目標。在特斯拉的設計下，干法工藝相較于傳統(tǒng)的濕法工藝，可以顯著提高電池能量密度，并通過簡化工藝流程、省去濕法工藝中的溶劑顯著降低成本。據特斯拉估算，干法電極工藝可以將生產成本降低16%，產線投資成本降低34%，極片生產占地減少70%。即便如此，多年來，特斯拉也只在負極實現(xiàn)了干法的突破，成本更高的正極仍從 LG 新能源和兩家中國電池公司采購濕法正極。
2024年7月消息稱，干法正極的4680電池設計已經定型，將會推動特斯拉4680產能向前一大步。但2024年9月特斯拉第1億顆4680下線，至今并未有確切消息顯示正負極均為干法工藝的4680實現(xiàn)了大規(guī)模量產。而針對上述工程化難點產業(yè)化行至何處？大圓柱電池放量會在2025還是更遠的未來？大圓柱“元年”之問（下），高工鋰電將繼續(xù)追問。
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