大圓柱電池的到來，會(huì)改變市場格局么？

以0助跑方式?jīng)_上54°陡坡、調(diào)頭，驚艷亮相上海車展的BMW新世代概念車，除了驚人的18000N·m輪端扭矩與可產(chǎn)生1.2噸下壓力的主動(dòng)空氣動(dòng)力學(xué)系統(tǒng)“空氣推進(jìn)器”，其搭載的全新動(dòng)力電池，反而更具看點(diǎn)。

2024財(cái)年，寶馬集團(tuán)銷量、營收、利潤皆降，大規(guī)模剎車召回和中國市場銷量下滑都是寶馬“流年不利”的具象寫照，但寶馬也在醞釀著新一輪的產(chǎn)品攻勢。

研發(fā)投入還在增加，2024年寶馬集團(tuán)研發(fā)投入為91億歐元，同比增長17.1%，約占總營收的6.4%。

未來三年，寶馬集團(tuán)還計(jì)劃推出40款新車，其中至少兩款為“Neue Klasse”車型，它們的特點(diǎn)之一，便是會(huì)搭載最新的46系大圓柱電池。

46系大圓柱電池的概念最早由特斯拉在2020年電池日上提出。電池采用圓柱鋼殼，直徑46mm，高度80mm，定名4680。

相較2170電池，4680電池電芯的體積擴(kuò)容5倍，能量密度提高約16%，達(dá)到300Wh/kg。搭載4680電池，特斯拉Model Y的續(xù)航可提升14%。

寶馬集團(tuán)發(fā)布的46系大圓柱電池，這一數(shù)據(jù)則可能超過350Wh/kg，電池能量密度提升約為20%。結(jié)合第六代eDrive電驅(qū)系統(tǒng)與800V高壓平臺(tái)，搭載46系大圓柱電池后，新車?yán)m(xù)航預(yù)計(jì)可提升30%。

車輛續(xù)航的提升，也來自電池與車身底盤集成后，結(jié)構(gòu)件冗余的減少。采用圓柱鋼殼的結(jié)構(gòu)，大圓柱電池?fù)碛懈叩慕Y(jié)構(gòu)強(qiáng)度，抗沖擊變形的能力強(qiáng)，特斯拉將4680電池與車身進(jìn)行一體化集成后，還可使車輛減重10%。

寶馬第六代電池，也即46系大圓柱電池，同樣采用車身電池一體化設(shè)計(jì)，不過先采用CTP (Cell to Pack)方式，將大圓柱電芯直接集成到電池包中，再通過“電池車身一體化”（Pack to Open Body）技術(shù)，使電池包與車身結(jié)構(gòu)融合為整體。

將“車身電池一體化”切分為兩個(gè)環(huán)節(jié)，可能是為了發(fā)揮寶馬大圓柱電池設(shè)計(jì)的靈活性。寶馬46系電池將會(huì)有兩種規(guī)格，95mm高度電池用于轎跑車型，120mm用于SUV車型。

對比當(dāng)下占據(jù)市場主流的方形電芯電池包，大圓柱電池在充電效率方面也具備明顯優(yōu)勢。

因?yàn)閮?nèi)部離子擴(kuò)散路徑長，方形電池高倍率充電時(shí)的冷卻壓力較高，例如寧德時(shí)代麒麟電池，要依賴高效的液冷系統(tǒng)，才可支持4C以上的充電倍率。

采用無極耳（全極耳）設(shè)計(jì)，46系電池內(nèi)部電流路徑較短，內(nèi)阻降低80%以上，減少了充放電過程中的發(fā)熱損耗，使4C快充在大圓柱電池上的應(yīng)用更為從容。

如果再結(jié)合800V高壓平臺(tái)，寶馬新世代車型在搭載46系大圓柱電池后，充電速度能提高30%，最快充電10分鐘，即可補(bǔ)充300km續(xù)航。

當(dāng)全極耳設(shè)計(jì)減少局部過熱后，大圓柱電池的循環(huán)壽命也會(huì)提升，能夠達(dá)到2000次以上。而采用方形電芯的麒麟電池，需電解液添加劑和布置優(yōu)化，高能量密度的三元鋰電池循環(huán)壽命才可達(dá)到1500-2000次。

相較于麒麟電池超過200Ah的單體容量，特斯拉4680電池單體容量僅為25Ah，即使發(fā)生熱失控，因?yàn)槟芰酷尫欧稚?，配合定向泄壓閥，也更易控制蔓延。

同時(shí)，圓柱單體間的空隙利于冷卻液或空氣流動(dòng)，熱量分布更均勻，降低熱失控風(fēng)險(xiǎn)，擁有更從容的熱管理布置，例如寶馬就可以在大圓柱電池內(nèi)部采用簡潔又高效的蛇形冷卻通道。

大圓柱電池并非帶來單一性能的提升，而是能量密度（續(xù)航）、充電速度、安全性的全方位優(yōu)化。寧德時(shí)代董事長曾毓群毫不掩飾對大圓柱電池的期盼：“大圓柱將統(tǒng)治高端市場，未來全球每4輛電車就有1輛用它?！?/p>

早在2022年財(cái)報(bào)發(fā)布之際，寧德時(shí)代就表示，公司已應(yīng)客戶要求，研發(fā)出4680、4695等大圓柱電池。

其中4695自然是對應(yīng)寶馬的大圓柱電池，并且寧德時(shí)代從2026年開始，將陸續(xù)在全球和中國市場為寶馬“新世代”車型供應(yīng)大圓柱電池。其實(shí)寶馬第六代動(dòng)力電池項(xiàng)目已于2024年底在寶馬沈陽生產(chǎn)基地啟動(dòng)試生產(chǎn)。

為了克服大圓柱電池電芯技術(shù)與生產(chǎn)工藝的挑戰(zhàn)，寶馬展開的供應(yīng)商合作布局中，還包括億緯鋰能等中國電池廠商。

特斯拉的合作伙伴、圓柱電池的資深玩家松下也已經(jīng)在日本和歌山與美國堪薩斯州分別規(guī)劃了10GWh與80GWh的產(chǎn)能。

韓國LG新能源、三星SDI同樣在美國與韓國本土規(guī)劃了大圓柱電池產(chǎn)能，主要客戶為特斯拉、Rivian。

蔚來在2023 NIO Day上發(fā)布的全新120kWh電池包，同樣采用46系大圓柱電池（46105）。

不過，在大圓柱電池上，特斯拉特立獨(dú)行地選擇了干法電極，因?yàn)轳R斯克期望“4680電池是革命性的，能讓電車成本直降50%”。

通過收購Maxwell，特斯拉獲得PTFE粘結(jié)劑技術(shù)等干法電極核心專利，無需使用溶劑（如NMP），極大減少了原材料成本和能源消耗。

電極生產(chǎn)過程中，揮發(fā)性有機(jī)化合物（VOC）排放也會(huì)隨之減少，更無需面對溶劑殘留帶來的廢料回收煩惱，是一勞永逸的降本增效。

另外，通過干粉壓延技術(shù)，電極材料的分布更均勻，這會(huì)減少傳統(tǒng)涂布技術(shù)下，可能產(chǎn)生的裂紋或厚度不均問題，從而提高電池循環(huán)壽命。

但代價(jià)是，干法對粉末混合均勻性、壓延壓力等參數(shù)的要求極為苛刻，需要解決干法工藝中的粘結(jié)強(qiáng)度和導(dǎo)電性問題，涉及到密設(shè)備的支持，甚至材料配比的優(yōu)化，這意味著恐怖的工作量，也是為何4680電池經(jīng)歷了數(shù)次跳票。

相比而言，寶馬大圓柱電池選擇了更為量產(chǎn)友好的技術(shù)路線，采用傳統(tǒng)的濕法工藝，電極在均勻性、界面結(jié)合強(qiáng)度和循環(huán)壽命上的表現(xiàn)更穩(wěn)定，例如濕法電極的薄層涂布更易實(shí)現(xiàn)均勻散熱，而干法電極的厚層可能增加離子傳輸阻力。

同時(shí)，寶馬集團(tuán)選擇將資源傾斜于固態(tài)電池研發(fā)（與Solid Power合作），計(jì)劃2030年前實(shí)現(xiàn)量產(chǎn)，而不是把寶壓在干電極上。顯然在寶馬眼中，固態(tài)電池的潛力要優(yōu)于干電極鋰離子電池。

但不管何種技術(shù)路線，大圓柱電池都是業(yè)界眼中更契合汽車工業(yè)效率訴求的方案，億緯鋰能副總裁、電池系統(tǒng)研究院院長江吉兵表示，如果系統(tǒng)零部件設(shè)計(jì)和成組工藝實(shí)現(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)化，大圓柱電池的制造效率有望達(dá)到方形電池的10倍。

目前，方形電池仍占據(jù)超過80%市場份額，尤其在世界最大的新能源市場中國，寧德時(shí)代與比亞迪主導(dǎo)的磷酸鐵鋰（LFP）方形電池利用成本優(yōu)勢，市場占比超95%。

大圓柱電池也仍以三元鋰方案為主，并且因?yàn)榧夹g(shù)研發(fā)、工藝制造與產(chǎn)業(yè)鏈整合的前期成本，會(huì)更多應(yīng)用在高端車型之上。但大圓柱與磷酸鐵鋰并不是互斥的存在，而且不局限于汽車動(dòng)力電池，特斯拉就表示4680電池還可能會(huì)應(yīng)用在儲(chǔ)能領(lǐng)域。

高集成度、安全性，疊加巨大的降本潛力，在真正的固態(tài)電池大規(guī)模商業(yè)化落地前，大圓柱電池似乎已經(jīng)手握“動(dòng)力電池最優(yōu)解”的主角劇本。

億緯鋰能、鵬輝能源、海辰儲(chǔ)能等中國電池玩家也早已開始規(guī)劃針對儲(chǔ)能市場的大圓柱磷酸鐵鋰電池。根據(jù)高工產(chǎn)研數(shù)據(jù)，在便攜式儲(chǔ)能、戶用儲(chǔ)能對電池倍率性要求更高的場景下，2024年大圓柱電池的出貨增長超過了100%。

大圓柱另一潛在增長點(diǎn)，則來自同樣具想象力的低空出行與具身機(jī)器人領(lǐng)域，高能量密度特性電池是這兩個(gè)未來產(chǎn)業(yè)的動(dòng)力電池剛性需求。

寶馬、特斯拉、寧德時(shí)代、億緯鋰能等跨國大廠與動(dòng)力電池玩家推進(jìn)下，大圓柱電池有望迎來應(yīng)用拐點(diǎn)，如果動(dòng)力電池的主流技術(shù)方案發(fā)生偏移，屆時(shí)將如何影響全球出行與能源市場，值得關(guān)注。

本文作者為踢車幫 孫小樹