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圆柱动力电池从18650过渡到更大尺寸的可行性分析



  众所周知,特斯拉电动汽车的成功极大地促进了国内18650动力电池的蓬勃发展,如果特斯拉将18650电池更换为更大尺寸的电池,会否再次引起跟风潮?

  据外媒报道,特斯拉总裁马斯克对外宣布,将和松下合作设计并生产全新的21700高性能电池以全面替代现有的18650电池。该型号电池将于2017年在位于内华达州的Gigafactory工厂正式投产,装配在新车型Model 3上,目前该车型预定量已经超过40万辆。

  “新电池将会拥有最佳的能量密度,成本也将是最低的。”随着产能的有序提升,马斯克表示希望通过大规模量产电池将每辆 Model 3 的成本降低 30% 左右,同时解决特斯拉交货紧张的问题。

  业内人士指出,特斯拉采用21700电池对其降低电池成本、提升产能和续航里程、奠定其在电动汽车领域的地位具有积极作用,同时也是未来圆柱电池的发展趋势。但国内电池企业是否要跟随,还要根据下游终端市场的需求、国家相关政策、电池企业的竞争策略以及制造工艺水平等因素来综合考虑。

  经过多年研发制造的经验积累,18650电池以尺寸高度标准统一、nba直播制造工艺成熟、安全性和一致性高、成本低、能量密度高等优点得到了业内的高度认可,被广泛应用于各个领域。

  特斯拉的成功也使得18650电池成为了越来越多电动乘用车和物流车的重要选择。

  然而,随着电动汽车市场的进一步扩大和续航里程不断提升的要求,整车企业对动力电池在能量密度提升、制造成本下降、循环寿命提升和产品特色属性等方面都提出了更高的要求。在原材料属性尚未突破的情况下,适当放大圆柱电池的直径和高度以获得更多的电池容量成了一种可行方案。

  特斯拉选择21700电池时公开表示,在达到与18650同样的良品率和产能后,能带来能量密度增加和成本降低两大优势,进而降低新车型的整车成本和车身重量。据悉,特斯拉现款电动汽车采用的18650电池组据悉能量密度约为250Wh/kg,Model S的电池组成本低于190美元/千瓦时。

  “尽管小电池单体可控性高,但这并不意味着小电池就会成为主流方向。从动力电池在车上应用趋势上看,还是要往大电池的方向走,具体多大,要以单体电芯发生内短路时能够有效控制作为衡量标准。” 苏州宇量电池有限公司董事长毛焕宇博士对高工锂电网表示,宇量一开始做的就是26800型号电池,相当于2.5个18650电池尺寸,在成本和能量密度上有优势,在产品的质量和性能上也有能力把控。

  毛焕宇博士进一步介绍,从技术角度来看,圆柱电池从18升级到21的难度并不大,制造难度并不会大幅提升。

  从生产成本角度来看,圆柱电池尺寸做大可增加单体电芯的容量体积、减少电芯数量和焊接次数,降低制造成本。在现有产线更改和设备更换的前期投入也不会太大。同时,尺寸增大意味着电池数量减少,在PACK过程中的金属连接件的数量也将减少,从而降低电池包的重量和成本。

  毛焕宇博士的观点得到了众多业内人士的认可,也有其它电池企业选择了跟宇量相似的竞争策略。

  “大圆柱电池在单体制造和PACK成组方面都有明显的降成本优势。” 北京普莱德新能源电池科技有限公司副总裁原诚寅指出,降低电池成本是整车企业提升整车竞争优势的重要途径。

  “我们专注于26650,拥有自主电芯技术、电池组专利技术和电池管理系统核心技术,目前PACK组技术已同欧美技术接轨、具备国内首家特斯拉同等PACK工艺。” 东莞力朗电池科技有限公司副总经理林健指出,公司选择26650型号一方面可以避开与18650的同质竞争,同时也避免了电池尺寸太大出现的安全性风险,公司产品在电动汽车、储能以及电动工具等领域都可以广泛应用。

  尽管特斯拉已经明确表示要使用21700电池,大圆柱电池的优势也比较明显。但业内人士表示,国内做圆柱形电池企业所受到的影响比较小,在相当长的一段时间内国内还是以18650为主。

  “特斯拉的整车结构和PACK方案设计高度统一,更换电池型号比较容易,但国内电动汽车的车型、PACK、电池型号都没有标准。下游市场需求不明朗,电池企业盲目跟随转型会有很大的风险。” 上海德朗能动力电池有限公司总经理陈瑶认为。

  陈瑶表示,特斯拉的方式并不一定适合国内所有的电池企业,电池尺寸要不要更改主要看下游应用终端有没有市场需求。目前国内18650还有很大的市场空间和应用范围,因此国内圆柱电池尺寸大规模更改还需要很长的时间。

  尽管圆柱电池从18650变更为21700等大尺寸并不困难,但并不意味着所有的电池企业都有这种生产工艺和能力,这也是圆柱电池尺寸变更的一个阻碍。

  电池的成本降低是以产量和良率为基础的,松下、三星SDI、LG化学的18650电池良率一般在98%以上,而国内的良率一般在90%左右,这意味着会产生大量的B品电池需要处理,这对于大圆柱电池而言也是个严峻的挑战。

  “圆柱电池尺寸太大也不行,除了安全性问题之外,在适配性上也有困难。”陈瑶指出,18650的适配性很强,除了在电动汽车外,还可以在3C数码、无人机、电动工具等其它领域消化。但对于20700 /21700 /20650而言,尚没有形成有效的产业链来消化这些电池,这无疑会增加成本。

  从目前国内电池企业大规模生产以及新建产线的情况来看,除沃特玛、慧通天下、宇量电池、力朗电池等少数几家生产不同型号的圆柱电池之外,其它圆柱电池企业还是以18650电池为主。

  事实上,国内的整车企业出于差异化竞争的需要,对电池供应商在电池型号上提出了诸多要求,导致国内电池型号非常混乱,没有统一的标准,而18650因为尺寸统一则成为了双方都比较容易接受的方案。

  “特斯拉之所以要用21700替代18650是要走自己的技术路线,是根据其车身结构和PACK方案系统优化量身定制的。当它把电池尺寸定好之后,今后几年的车型都会以此为标准,规模化量产之后可以大大降低制造成本。” 苏州市博得立电源科技有限公司总经理沙建龙告诉高工锂电网,国内的大圆柱电池市场还没有形成规模,对21700的需求也不大,因此对国内电池企业没有太大的影响。

  除了市场需求不明显和电池企业制造工艺不足之外,国家在电池尺寸标准方面的相关政策也对国内电池尺寸的选择存在重大影响。

  “工信部制定的《电动汽车用动力蓄电池产品规格尺寸》征求意见稿中,推荐的圆柱电池型号只有18650和32650两种,一旦强制统一则会对其它型号的电池不利,所以电池厂也不敢贸然生产。” 江苏索尔新能源科技股份有限公司董事长季伟源认为,21700等型号的圆柱电池在未来会形成趋势,但如果国家制定的电池尺寸标准中没有明确支持,这一类型号就难以发展了。

  上述业内人士判断,特斯拉更换电池型号具有积极作用,但不会对国内圆柱电池企业产生太大的影响。尽管目前已有电池企业在圆柱电池尺寸升级上有所准备,但过渡速度不会太快,下游应用终端是否存在市场需求还是决定这一问题的关键所在。