摘要

頂尖車企相繼“牽手”大圓柱電池，正引領行業新風向。

GGII最新數據顯示，2022年1-10月，全球新能源車合計銷售763.8萬輛，同比增長61%。一方面，新能源車滲透率正不斷提高，已接近30%；另一方面，鋰電池作為新能源車的“核心”，與新能源車“同頻共振”，1-10月合計裝機量369.81GWh。

動力電池保“量”，更要保“質”，由于新能源車對安全性能、續航里程、充電速度等要求在不斷提高，哪種形態的電芯最適合新能源汽車應用是目前熱議的話題，新能源車市場正倒逼電池企業不斷更新突破電池技術、不斷推出創新優質的電池產品。

就當下而言，方形電池、軟包電池、圓柱電池優勢各異，是目前動力電池市場的三大主流產品。其中，圓柱電池憑借著在成本、性能與安全等方面的優勢，備受市場關注，這主要由于其單體和電池包結構特性，單體體積最小，便于熱管理，可以靈活利用異形空間，高度標準化的形態利于平臺化及迭代。

此外，圓柱電池單獨外殼保護和獨立泄壓裝置，具有多重保障；電芯蜂窩狀排列，空隙保障了足夠大的單體與外部熱交換面積；更重要的是，其中心對稱的圓形結構可以在全生命周期有效束縛內部極片的膨脹，使得電芯外部不發生任何形變。

從市場來看，今年4月，特斯拉向客戶交付了第一批配備無極耳4680 電池的 Model Y車輛；近期，特斯拉消息稱，其4680電池團隊實現了86.8萬/周的電池制造實力，可支持裝備1000多輛Model Y車型。

無獨有偶，寶馬集團也宣布，將從2025年起率先在“新世代”車型中使用46系大圓柱全極耳電池。頂尖車企相繼“牽手”大圓柱電池，正引領行業新風向。

全極耳技術“突破”大圓柱電池“出擊”

然而，在此前一段時間內，圓柱電池囿于尺寸及容量問題，應用場景受限。電池放電過程中電流通過銅箔、鋁箔匯集，并通過極耳導出到外電路，由于電阻的存在，電池在充放電的過程中不利于電流傳導，電池充放電時極易導致局部熱量過大，存在安全隱患。

此外，由于電芯尺寸做大，特別是大電流充放電的過程中會產生顯著的歐姆熱，引起電池溫度的升高，越粗越大的電芯發熱越多、散熱越難，進而影響充電速度。

因此，如何解決電芯尺寸做大和發熱減少的悖論成為其中關鍵。經過行業的不斷研究，“全極耳”技術成為解決圓柱電芯的功率性能、安全問題瓶頸的關鍵所在。

具體來看，全極耳電池是利用全極耳結構進行連接和導流的新型電池，將電芯極片與集流盤通過激光技術進行本材連接，使極片與蓋板之間過電流能力不低于極片本身，從而大幅提升電池過電流能力、降低電池發熱量，突破了圓柱電池的瓶頸。

技術突破下，Panasonic、LG Chem、Samsung SDI和比克電池等國內外電池制造商已經確認大圓柱電池的開發。值得一提的是，比克作為國內首發4680全極耳大圓柱電池的電池企業，已開始規劃大尺寸圓柱電池量產生產基地，量產指日可待。

從產品矩陣來看，比克大圓柱電池的產品包括46系、3x系和26系等系列，電芯高度覆蓋70mm到160mm，應用范圍十分廣泛。值得一提的是，比克大圓柱電池得到了多方實驗驗證，其材料體系可解決能量密度問題，進而解決續航問題；全極耳設計則大幅降低了內阻，進而對安全保障起到了重要影響。

“快充+熱管理”認證比克大圓柱“領跑”行業

此前，國際老牌能源類頂級雜志《Journal of Power Sources》發表了“全極耳大圓柱鋰離子電池在不同環境條件下的快速充電性能和最佳熱管理”文章，是鋰電行業內首篇使用真實商業化的全極耳大圓柱電池驗證數字模型結論的文章。

該權威論文使用的全極耳大圓柱電池由比克提供，作者基于專門為汽車高性能應用設計的、成熟的比克全極耳大圓柱電池，建立了熱-電-電化學耦合模型，探究了該電芯的最優化充電時間和熱管理策略。

在嚴苛的實驗條件下，比克全極耳大圓柱電池表現優異：在20°C環境下，可11分53秒內將電池從10%充到80%；在零下20°C環境下，可將10%-80%的快充時間優化到15分58秒的水平。

總的來看，比克電池在該實驗中實現了不到12分鐘從10%充電到80% SOC 的快速充電時間，快充性能相比常規單極耳電芯可實現三倍提升，相當于520公里續航里程，展示了比克全極耳大圓柱電池的巨大潛力。此外，比克電池在快速充電過程，沒有發生析鋰現象。

結構設計方面，比克大圓柱電池在全極耳設計下，采用了鋼殼的外殼材質，配套了單獨外殼保護和獨立泄壓裝置，通過定向泄壓技術，比克全極耳大圓柱電池可以做到整車層面零熱擴散，保證電池包整體的安全和電池全生命周期品質的始終如一，熱管理問題得到大幅改善。

與此同時，由于全極耳結構設計的獨特性，大圓柱電池在材料系統的探索上更為大膽，高鎳三元正極材料、硅基負極材料等在大圓柱電池上的使用更為廣泛，其能量密度也得到了大幅提升。

正極材料方面，比克全極耳大圓柱電池正極鎳含量已由Ni50提升到Ni90，容量持續提升，18650電芯量產最高容量達3.5Ah，21700電芯量產最高容量達5.3Ah，再次突破了21700系列電芯量產容量極限。

負極材料方面，比克電池較早開始對硅用圓柱電池負極材料進行研究。目前，比克硅氧材料由一代硅已發展到三代硅，將首效由77%提升至86%，基本達到與正極效率匹配。

在對新材料系統的探索下，安全方面問題也不容忽視。相比石墨材料，硅基材料在充放電過程中，會產生巨大的體積膨脹，高達300%，而圓柱電池通常采用鋼殼，機械強度大，有著很好的束縛力，能夠有效抑制硅的膨脹形成天然屏障。

產品與產能共振比克“多線”布局大圓柱

大圓柱電池能夠在保障安全和足夠的續航里程的基礎上，進一步提升快充性能，助力電動車使用體驗媲美燃油車。在此情況下，大圓柱電池產能需要配合當下高速增長的新能源車市場。

比克電池作為國內較早一批研究全極耳大圓柱電池的企業，自2021年初在國內率先發布全極耳大圓柱電池至今，比克電池在大圓柱電池技術研發和市場化推進上態勢強勁，訂單和意向客戶持續增加，比克大圓柱產品矩陣包括46系、3x系和26系等。

具體來看，比克46系電芯去年開始陸續有樣品批量交付，性能表現符合預期，依據8-15分鐘的不同快充能力，目前電芯能量密度在280Wh/kg至330Wh/kg之間。

比克26系則以26105鋁殼電芯為主，目前處于B樣階段，應用于整車可達700公里以上續航，快充12分鐘以內可達500公里續航，量產后能量密度將高達290Wh/kg。

比克3x系則處于二者之間，是比克為了進一步綜合優化性能、成本、系統設計等因素在開發的新平臺。

為迎接即將到來的大圓柱電池擴產潮，比克電池提前規劃，未來幾年，比克將分兩個階段在海內外擴充80GWh的電池產能。同時，比克也將持續向碳中和目標邁進，打造零碳工廠，滿足碳排放和碳足跡的需求，以行業領先水平為目標，持續減少碳排放，積極探索電池全生命周期碳中和路徑。

據不完全統計，截止2022年有近60家企業正在進行圓柱全極耳電池的研發和中試測試，有10余家基本已經走到量產階段；與此同時，材料、設備等上下游企業也正加碼高鎳、硅負極等材料布局，加速對全極耳技術的設備導入。從行業整體來看，全極耳大圓柱電池量產或將在2023年迎來高速增長。

審核編輯 ：李倩