界面新聞?dòng)浾?| 莊鍵
億緯鋰能(300014.SZ)將大圓柱電池視為重要技術(shù)發(fā)展方向的時(shí)間節(jié)點(diǎn)，是在2021年春節(jié)后。該公司董事長劉金成當(dāng)時(shí)安排研發(fā)團(tuán)隊(duì)跟進(jìn)特斯拉提出的4680大圓柱電池概念，“不要只做PPT，要把電池做出來、數(shù)據(jù)測試出來?！?/p>
特斯拉在2020年9月的“電池日”上率先發(fā)布大圓柱電池。這款電池直徑46毫米、高度80毫米，因此被冠以4680電池之稱。
按照封裝方式不同，鋰電池可以分為圓柱、方形和軟包三種。在電動(dòng)汽車所使用的動(dòng)力電池領(lǐng)域，三種形式都有廣泛應(yīng)用，圓柱電池主要是特斯拉采用的18650和21700電池(18650電池直徑為18毫米、高度65毫米，21700電池也采用類似的命名方式)。
特斯拉CEO馬斯克在4680電池發(fā)布時(shí)稱，相比21700電池，4680電池單體能量提升了5倍，功率提升6倍，電動(dòng)汽車的續(xù)航里程可以因此提升16%。
相比方形電池，圓柱電池的優(yōu)勢在于其“圓柱體”的電池形態(tài)。這一形態(tài)決定它不像方形電池那樣容易變形、鼓包，在任何極端情況下，都能保證電池安全可控。
在此安全基礎(chǔ)上，大圓柱電池可以適配更激進(jìn)的電池化學(xué)體系，從而獲得更高電池能量密度，提高電動(dòng)汽車?yán)m(xù)航能力。
特斯拉發(fā)布4680電池概念的同時(shí)，寶馬也在探討下一代電池技術(shù)的走向，希望在大圓柱電池、方形電池和軟包電池三者中尋覓到最優(yōu)解。經(jīng)過多輪比對，寶馬最終放棄了正在使用的方形電池，決定在下一代車型中改用大圓柱電池。
2021年初，億緯鋰能開始立項(xiàng)為寶馬研發(fā)大圓柱電池，并在一年后正式成為寶馬大圓柱電池首發(fā)供應(yīng)商。大圓柱電池也逐漸被億緯鋰能認(rèn)為是動(dòng)力電池市場未來的主流技術(shù)。
但大圓柱電池從概念誕生到產(chǎn)品落地的過程并不順利，例如特斯拉在大圓柱電池量產(chǎn)方面遭遇困難，多次延期，導(dǎo)致大圓柱電池遲遲未成為主流。這主要是因?yàn)榇髨A柱電池的生產(chǎn)工藝標(biāo)準(zhǔn)和要求更高，比如沖壓、焊接等方面都面臨很大的挑戰(zhàn)。
億緯鋰能在2023年實(shí)現(xiàn)大圓柱電池量產(chǎn)，并在長安、江淮等國內(nèi)車企的車型上裝車使用，目前億緯鋰能大圓柱電池的裝車量超過5萬臺，最長單臺行駛里程超過19.7萬公里。
今年2月，寶馬正式宣布即將量產(chǎn)裝車大圓柱電池。對于該款電池的主力供應(yīng)商億緯鋰能而言，在經(jīng)歷寶馬近三年的電池驗(yàn)證流程后，億緯鋰能即將啟動(dòng)正式供貨，這將是其押注大圓柱電池技術(shù)后的一個(gè)重要里程碑。
億緯鋰能動(dòng)力電池研究院院長何巍全程參與了與寶馬的大圓柱電池合作項(xiàng)目。近日，他在與界面新聞的專訪中回顧了這次合作，以及億緯鋰能在大圓柱電池領(lǐng)域的研發(fā)進(jìn)展和布局。
以下是界面新聞與何巍的訪談，經(jīng)后期編輯。
界面新聞：億緯鋰能在2022年獲得了寶馬的大圓柱電池訂單，能否介紹獲得這筆訂單的過程？
何巍：其實(shí)很多信息，無論是通過寶馬的官方發(fā)布，或者億緯鋰能的公開渠道，都能或多或少了解到一些。我可以把這些公開的信息串聯(lián)起來再完整介紹一遍。
億緯鋰能與寶馬兩家公司的合作最早從2017年底開始，當(dāng)時(shí)寶馬在中國尋找第五代電池的供應(yīng)商。那時(shí)候我們不在寶馬的供應(yīng)商體系內(nèi)，當(dāng)時(shí)項(xiàng)目實(shí)際上已經(jīng)選定了技術(shù)路線是方形三元電池。
經(jīng)過我們工程師團(tuán)隊(duì)的努力，到2019年底，我們的產(chǎn)品得到了客戶的認(rèn)可，并獲得寶馬第五代電池項(xiàng)目的定點(diǎn)，成為寶馬的兩家中國電池供應(yīng)商之一(注：另一家供應(yīng)商為寧德時(shí)代)，第五代電池讓我們進(jìn)入了寶馬的供應(yīng)體系。
直到2020年，寶馬針對體系內(nèi)的供應(yīng)商啟動(dòng)下一代電池技術(shù)方向的研討。在方形、大圓柱和軟包這三種電池技術(shù)路線的選擇中，軟包電池由于無法實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)CTP的結(jié)構(gòu)剛度要求，最先出局。(CTP即無模組技術(shù)，亮點(diǎn)是跳過模組，直接將電芯集成為電池包。)
在方形與圓柱電池技術(shù)路線的討論中，圓柱電池具備結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性與標(biāo)準(zhǔn)化的優(yōu)勢。最終，我們一起選定了大圓柱電池作為其下一代電動(dòng)化平臺的主攻技術(shù)方向。
2021年年初，億緯鋰能開始立項(xiàng)為寶馬開發(fā)大圓柱電池。2022年9月，寶馬宣布億緯鋰能和寧德時(shí)代成為其第六代電動(dòng)化平臺大圓柱電池供應(yīng)商。
界面新聞：億緯鋰能提供給寶馬的大圓柱電池性能指標(biāo)如何？
何?。?/strong>我們向?qū)汃R供應(yīng)兩款大圓柱電池，DTE(Design To Energy)主打長續(xù)航，DTP(Design To Performance)主要考慮的是超快充。兩款大圓柱電池都采用了三元正極材料化學(xué)體系，續(xù)航里程相比其第五代電池提升20%，并能實(shí)現(xiàn)10分鐘300公里的快充能力。
界面新聞：寶馬是目前除特斯拉之外，少數(shù)幾家押注大圓柱電池的車企。大圓柱電池有哪些優(yōu)勢，寶馬為何選擇了這條技術(shù)路線？
何?。?/strong>首先我們認(rèn)為，大圓柱電池具備天然標(biāo)準(zhǔn)化的優(yōu)勢。例如，自1991年日本索尼公司提出18650圓柱電池后，18650圓柱電池30多年來一直都是行業(yè)里的標(biāo)準(zhǔn)化產(chǎn)品。電芯尺寸標(biāo)準(zhǔn)化，為整車的系統(tǒng)設(shè)計(jì)提供了巨大的便利。我們對此有個(gè)總結(jié)，One cell for all(一顆電芯供應(yīng)所有車型)，即整車廠認(rèn)可一顆電芯后，在其不同的車型上都選擇該大圓柱電池，這大大簡化了整車的開發(fā)復(fù)雜度，這是圓柱產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)化帶來的首要優(yōu)勢。
其次，我們總結(jié)圓柱電池為“天生麗質(zhì)，始終如一”。大圓柱電池不僅在產(chǎn)品指標(biāo)上是領(lǐng)先的，由于圓柱電池的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，其全生命周期不會像方形電池那樣由于膨脹而導(dǎo)致變形，這給整車的機(jī)械電氣安全提供了可靠性設(shè)計(jì)空間，我們認(rèn)為這也是圓柱電池的另一核心優(yōu)勢。
目前除了寶馬，歐洲與國內(nèi)越來越多的車企也對大圓柱電池有興趣。除了我們與寶馬合作開發(fā)的DTE與DTP兩款電池以外，我們也在開發(fā)其他方向的大圓柱電池，產(chǎn)品逐步豐富化會進(jìn)一步提高大圓柱電池在市場上的接受度。
界面新聞：在您看來，大圓柱電池量產(chǎn)面臨的最大挑戰(zhàn)是什么？
何巍：大圓柱電池是行業(yè)前沿的創(chuàng)新產(chǎn)品，客戶對大圓柱產(chǎn)品的要求絕不僅僅限于實(shí)驗(yàn)室的樣品測試。樣品測試合格只是第一步，其穩(wěn)定、可靠、大規(guī)模的量產(chǎn)交付也是產(chǎn)品實(shí)現(xiàn)的重要環(huán)節(jié)。相比與市場上成熟的方形電池生產(chǎn)，大圓柱電池生產(chǎn)速度效率明顯更高。這使得我們對零部件與設(shè)備的精度要求遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過市場已有水平。
同時(shí)，由于無極耳等低阻抗技術(shù)的應(yīng)用，大圓柱電池的焊接工序也明顯多于方形與軟包電池。焊接過程中的金屬屑控制，自然就是量產(chǎn)大圓柱電池的主要挑戰(zhàn)，特別是對電池單體缺陷率要求低于PPB級別(十億分之一)時(shí)，我們認(rèn)為這是大圓柱電池產(chǎn)業(yè)化最難的地方。
界面新聞：在與億緯鋰能合作的過程中，寶馬對于大圓柱電池研發(fā)量產(chǎn)介入程度如何？
何巍：我們通常把電池的實(shí)現(xiàn)過程分成五個(gè)步驟，材料選型、電極設(shè)計(jì)、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、工藝實(shí)現(xiàn)和場景應(yīng)用。
材料選型是指正極、負(fù)極、隔膜和電解質(zhì)這些電池材料的選擇，電極設(shè)計(jì)關(guān)系到電極厚度，壓實(shí)密度等指標(biāo)、這兩個(gè)步驟主要由電池企業(yè)定義。
第三個(gè)步驟結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)涉及電池的大小尺寸，比如是生產(chǎn)4680還是4695的大圓柱電池，這個(gè)環(huán)節(jié)需要整車企業(yè)參與，匹配相應(yīng)車型。工藝實(shí)現(xiàn)是指如何讓電池生產(chǎn)效率更優(yōu)，這個(gè)環(huán)節(jié)仍然由電池企業(yè)主導(dǎo)，車企起到質(zhì)量督導(dǎo)作用。
第五個(gè)步驟場景應(yīng)用通常是車企主導(dǎo)，包括了電池在整個(gè)生命周期中最高和最低溫度、電流的定義等。
界面新聞：特斯拉的大圓柱電池選擇了4680的尺寸，億緯鋰能供應(yīng)寶馬的大圓柱電池并沒有照搬這個(gè)尺寸，原因是什么？
何?。?/strong>我們最早設(shè)計(jì)的大圓柱電池尺寸實(shí)際上也是4680，當(dāng)時(shí)已經(jīng)有了樣品，開始進(jìn)行初步驗(yàn)證。但是客戶在2021年5月向我們提出一個(gè)疑問，為什么要做4680？
在討論大圓柱電池高度的問題時(shí)，寶馬把它的整車設(shè)計(jì)思路講解給我們技術(shù)人員了解，包括汽車底盤需要預(yù)留一部分空間，用于電池的泄壓，底盤距離地面的高度要求等細(xì)節(jié)。我們可以據(jù)此計(jì)算與驗(yàn)證，需有多少空間可以用于為大圓柱電池泄壓。
我們和客戶在研究后認(rèn)為，大圓柱電池仍有進(jìn)一步優(yōu)化的可能性，我們一起制作驗(yàn)證了六款不同尺寸的大圓柱電池模型，有不同的直徑，也有不同的高度，并把這些電池裝到實(shí)驗(yàn)車上驗(yàn)證，對乘車人坐姿舒適與否，車輛機(jī)械碰撞后電池泄壓空間是否合理等情況進(jìn)行測試。
我們和客戶大概討論了4個(gè)多月，最后確定了兩款大圓柱電池的尺寸，分別是4695和46120。4695適合轎車車型，46120更適合SUV類的車型。相比4680，這兩款大圓柱電池尺寸更大，單顆電池的能量密度更大，同時(shí)也能符合他們車型的尺寸要求。
界面新聞：特斯拉在大圓柱量產(chǎn)方面遇到了很大挑戰(zhàn)，為什么億緯鋰能很快量產(chǎn)大圓柱電池？
何?。?/strong>億緯鋰能在圓柱電池技術(shù)領(lǐng)域深耕了23年。特斯拉提出4680尺寸大圓柱電池的時(shí)候，我們公司鋰原電池其實(shí)已經(jīng)有了類似尺寸的產(chǎn)品(鋰原電池不同于鋰電池，區(qū)別之一是鋰原電池不可充電)。董事長劉金成帶領(lǐng)研發(fā)團(tuán)隊(duì)一起研究了大圓柱鋰原電池是如何實(shí)現(xiàn)的，有哪些問題是需要避開的等等，這是我們可以最早響應(yīng)寶馬對大圓柱電池需求的主要原因。因?yàn)檫@對億緯鋰能來說不是從0到1的過程。
億緯鋰能量產(chǎn)大圓柱電池，也離不開寶馬團(tuán)隊(duì)的支持與信任，特別是在最困難的時(shí)候，寶馬團(tuán)隊(duì)堅(jiān)定相信中國電池供應(yīng)鏈，堅(jiān)定選擇把大圓柱電池放在中國首先量產(chǎn)。
中國具備全球最完備的電池產(chǎn)業(yè)鏈和經(jīng)驗(yàn)豐富的技術(shù)工程師，同時(shí)，億緯鋰能也集合了公司所有資源，來支持大圓柱電池的研發(fā)團(tuán)隊(duì)，這是寶馬和我們能把大圓柱電池做成的最大原因。
舉一個(gè)例子，寶馬對我們的審核時(shí)間是春節(jié)的大年初八。寶馬在春節(jié)前和我們說，他們很尊重中國文化，但是現(xiàn)在壓力非常大。對方問我們，在中國的文化傳統(tǒng)里，是不是只有大年三十、初一和初二比較重要，是否能考慮初三就開始上班？
這個(gè)時(shí)候，團(tuán)隊(duì)的同事們沒有過多猶豫，不只是研究院的同事，工廠的很多同事以及我們的供應(yīng)商也同樣如此。
客戶從德國總部派了16個(gè)人，大年初三早上6點(diǎn)半到了廣州機(jī)場，之后考察了億緯鋰能惠州總部，也考察了我們的供應(yīng)商，所有人都在崗。寶馬的高管除了對我們表達(dá)了感謝，也感慨說這種事只有在中國能發(fā)生。
界面新聞：從2022年9月獲得寶馬定點(diǎn)到今年2月完成審核，億緯鋰能在這期間做了哪些工作？
何巍：不斷地在驗(yàn)證。我們花了接近三年時(shí)間，通過了寶馬A樣到D樣的電池驗(yàn)證流程。A樣到B樣確定了大圓柱電池的化學(xué)體系，C樣到D樣則明確了電池的生產(chǎn)過程。
A樣和B樣都是實(shí)驗(yàn)室環(huán)境下生產(chǎn)的電池，A樣允許有手工過程，B樣必須采用全自動(dòng)產(chǎn)線生產(chǎn)。A樣主要是電芯環(huán)節(jié)的測試，B樣需要經(jīng)歷15萬公里行駛里程的整車驗(yàn)證。
C樣是在工廠量產(chǎn)環(huán)境下生產(chǎn)的樣品，啟動(dòng)于2023年11月，最后的D樣驗(yàn)證是在去年8月啟動(dòng)的，D樣的生產(chǎn)效率相比C樣更高。C樣的生產(chǎn)效率大約為50-60ppm，也就是1分鐘下線50-60顆電池，D樣至少要達(dá)到120ppm，更接近量產(chǎn)的實(shí)際情況。
界面新聞：就億緯鋰能而言，是否已經(jīng)解決了大圓柱電池的生產(chǎn)良率問題？
何?。?/strong>最開始，我們在實(shí)驗(yàn)室有一條5PPM的大圓柱電池生產(chǎn)線，當(dāng)時(shí)良率可以做到93%左右。2023年3月第一條大圓柱電池生產(chǎn)線投產(chǎn)時(shí)，良率在百分之八十多，到了6月已經(jīng)能做到百分之九十以上了。大概又花了接近一年的時(shí)間，達(dá)到目前97%左右的良率水平，主要是通過精細(xì)化管理實(shí)現(xiàn)的。
界面新聞：億緯鋰能如何看待大圓柱電池的市場前景？
何?。?/strong>我們董事長劉金成有一句話叫“大圓柱、大鐵鋰”，它代表了我們對電池市場的看法。
15萬元以上中高端車型的動(dòng)力電池市場，我們認(rèn)為三元電池有它的存在空間，而方形三元和大圓柱三元相比，我們非常堅(jiān)定地相信大圓柱電池是最優(yōu)解。
大鐵鋰(磷酸鐵鋰方形電池)主要針對儲能電池市場，因?yàn)殡娏吭酱螅叫枰踩幕瘜W(xué)體系。價(jià)位在15萬元以下的經(jīng)濟(jì)車型，也應(yīng)該選擇磷酸鐵鋰電池，它的價(jià)格確實(shí)便宜。(按照正極材料區(qū)分，磷酸鐵鋰和三元是鋰電池的兩大技術(shù)路線，三元鋰電池能量密度更高，但價(jià)格相對昂貴。)
與磷酸鐵鋰大圓柱電池相比，只有在100安時(shí)以上大電量的情況下，磷酸鐵鋰方形電池才有市場機(jī)會。因?yàn)榉叫坞姵氐慕Y(jié)構(gòu)件成本和制造成本更高，無法與大圓柱電池競爭。出于成本方面的考慮，REV(增程式電動(dòng)汽車)以及A0級的車型，未來都會選擇磷酸鐵鋰大圓柱電池。
此外，大圓柱電池還可以開拓動(dòng)力和儲能之外的其他應(yīng)用領(lǐng)域，比如低空經(jīng)濟(jì)和機(jī)器人，這都是大圓柱電池非常好的使用場景。
界面新聞：磷酸鐵鋰方形電池目前在國內(nèi)動(dòng)力市場占據(jù)絕對主流，未來三元大圓柱電池如何與之競爭？
何?。?/strong>隨著大圓柱電池被越來越多的客戶認(rèn)可，其規(guī)模效應(yīng)會自然帶來成本的下降。同時(shí)，三元與磷酸鐵鋰電池對比時(shí)，還有一筆賬需要考慮，就是三元電池的回收價(jià)值。隨著未來電池回收、循環(huán)經(jīng)濟(jì)在電池產(chǎn)業(yè)鏈的影響增加，我們認(rèn)為三元大圓柱電池會是動(dòng)力電池的主要方向。
同時(shí)，我們也在考慮技術(shù)降本的方向。例如，磷酸鐵鋰電池的系統(tǒng)能量密度在140 Wh/kg左右，三元大圓柱電池的系統(tǒng)能量密度可以做到180 Wh/kg，甚至更高。這使得在電池電量同樣在70度的情況下，三元大圓柱電池比磷酸鐵鋰電池輕120-150公斤。我們也在與一些客戶討論這種重量優(yōu)勢帶來的價(jià)值。
界面新聞：億緯鋰能對于大圓柱電池的產(chǎn)能規(guī)劃是怎樣的？
何巍：我們在湖北荊門有三元大圓柱產(chǎn)線，云南曲靖的是磷酸鐵鋰大圓柱產(chǎn)線，都已經(jīng)量產(chǎn)。在歐洲的匈牙利工廠，我們規(guī)劃了三條大圓柱電池生產(chǎn)線。匈牙利工廠正在廠房建設(shè)階段，目標(biāo)是明年年底量產(chǎn)。