界面新闻记者 |
亿纬锂能(300014.SZ)将大圆柱电池视为重要技术发展方向的时间节点，是在2021年春节后。该公司董事长刘金成当时安排研发团队跟进特斯拉提出的4680大圆柱电池概念，“不要只做PPT，要把电池做出来、数据测试出来。”
特斯拉在2020年9月的“电池日”上率先发布大圆柱电池。这款电池直径46毫米、高度80毫米，因此被冠以4680电池之称。
按照封装方式不同，锂电池可以分为圆柱、方形和软包三种。在电动汽车所使用的动力电池领域，三种形式都有广泛应用，圆柱电池主要是特斯拉采用的18650和21700电池(18650电池直径为18毫米、高度65毫米，21700电池也采用类似的命名方式)。
特斯拉CEO马斯克在4680电池发布时称，相比21700电池，4680电池单体能量提升了5倍，功率提升6倍，电动汽车的续航里程可以因此提升16%。
相比方形电池，圆柱电池的优势在于其“圆柱体”的电池形态。这一形态决定它不像方形电池那样容易变形、鼓包，在任何极端情况下，都能保证电池安全可控。
在此安全基础上，大圆柱电池可以适配更激进的电池化学体系，从而获得更高电池能量密度，提高电动汽车续航能力。
特斯拉发布4680电池概念的同时，宝马也在探讨下一代电池技术的走向，希望在大圆柱电池、方形电池和软包电池三者中寻觅到最优解。经过多轮比对，宝马最终放弃了正在使用的方形电池，决定在下一代车型中改用大圆柱电池。
2021年初，亿纬锂能开始立项为宝马研发大圆柱电池，并在一年后正式成为宝马大圆柱电池首发供应商。大圆柱电池也逐渐被亿纬锂能认为是动力电池市场未来的主流技术。
但大圆柱电池从概念诞生到产品落地的过程并不顺利，例如特斯拉在大圆柱电池量产方面遭遇困难，多次延期，导致大圆柱电池迟迟未成为主流。这主要是因为大圆柱电池的生产工艺标准和要求更高，比如冲压、焊接等方面都面临很大的挑战。
亿纬锂能在2023年实现大圆柱电池量产，并在长安、江淮等国内车企的车型上装车使用，目前亿纬锂能大圆柱电池的装车量超过3万台，最长单台行驶里程超过18万5千公里。
今年2月，宝马正式宣布即将量产装车大圆柱电池。对于该款电池的主力供应商亿纬锂能而言，在经历宝马近三年的电池验证流程后，亿纬锂能即将启动正式供货，这将是其押注大圆柱电池技术后的一个重要里程碑。
亿纬锂能动力电池研究院院长何巍全程参与了与宝马的大圆柱电池合作项目。近日，他在与界面新闻的专访中回顾了这次合作，以及亿纬锂能在大圆柱电池领域的研发进展和布局。
以下是界面新闻与何巍的访谈，经后期编辑。
界面新闻：亿纬锂能在2022年获得了宝马的大圆柱电池订单，能否介绍获得这笔订单的过程？
何巍：亿纬锂能与宝马两家公司的合作最早从2017年底开始，当时宝马在中国寻找第五代电池的供应商。那时候我们不在宝马的供应商体系内，当时项目实际上已经选定了技术路线是方形三元电池。
经过我们工程师团队的努力，到2019年底，我们的产品得到了客户的认可，并获得宝马第五代电池项目的定点，成为宝马的两家中国电池供应商之一(注：另一家供应商为宁德时代)，第五代电池让我们进入了宝马的供应体系。
直到2020年，宝马针对体系内的供应商启动下一代电池技术方向的研讨。在方形、大圆柱和软包这三种电池技术路线的选择中，软包电池由于无法实现系统CTP的结构刚度要求，最先出局。(CTP即无模组技术，亮点是跳过模组，直接将电芯集成为电池包。)
在方形与圆柱电池技术路线的讨论中，圆柱电池具备结构稳定性与标准化的优势。最终，我们一起选定了大圆柱电池作为其下一代电动化平台的主攻技术方向。
2021年年初，亿纬锂能开始立项为宝马开发大圆柱电池。2022年9月，宝马宣布亿纬锂能和宁德时代成为其第六代电动化平台大圆柱电池供应商。
界面新闻：亿纬锂能提供给宝马的大圆柱电池性能指标如何？
何巍：我们向宝马供应两款大圆柱电池，DTE(Design To Energy)主打长续航，DTP(Design To Performance)主要考虑的是超快充。两款大圆柱电池都采用了三元正极材料化学体系，续航里程相比其第五代电池提升20%，并能实现10分钟300公里的快充能力。
界面新闻：宝马是目前除特斯拉之外，少数几家押注大圆柱电池的车企。大圆柱电池有哪些优势，宝马为何选择了这条技术路线？
何巍：首先我们认为，大圆柱电池具备天然标准化的优势。例如，自1991年日本索尼公司提出18650圆柱电池后，18650圆柱电池30多年来一直都是行业里的标准化产品。电芯尺寸标准化，为整车的系统设计提供了巨大的便利。我们对此有个总结，One cell for all(一颗电芯供应所有车型)，即整车厂认可一颗电芯后，在其不同的车型上都选择该大圆柱电池，这大大简化了整车的开发复杂度，这是圆柱产品标准化带来的首要优势。
其次，我们总结圆柱电池为“天生丽质，始终如一”。大圆柱电池不仅在产品指标上是领先的，由于圆柱电池的结构特点，其全生命周期不会像方形电池那样由于膨胀而导致变形，这给整车的机械电气安全提供了可靠性设计空间，我们认为这也是圆柱电池的另一核心优势。
目前除了宝马，欧洲与国内越来越多的车企也对大圆柱电池有兴趣。除了我们与宝马合作开发的DTE与DTP两款电池以外，我们也在开发其他方向的大圆柱电池，产品逐步丰富化会进一步提高大圆柱电池在市场上的接受度。
界面新闻：在您看来，大圆柱电池量产面临的最大挑战是什么？
何巍：大圆柱电池是行业前沿的创新产品，客户对大圆柱产品的要求绝不仅仅限于实验室的样品测试。样品测试合格只是第一步，其稳定、可靠、大规模的量产交付也是产品实现的重要环节。相比与市场上成熟的方形电池生产，大圆柱电池生产速度效率明显更高。这使得我们对零部件与设备的精度要求远远超过市场已有水平。
同时，由于无极耳等低阻抗技术的应用，大圆柱电池的焊接工序也明显多于方形与软包电池。焊接过程中的金属屑控制，自然就是量产大圆柱电池的主要挑战，特别是对电池单体缺陷率要求低于PPB级别(十亿分之一)时，我们认为这是大圆柱电池产业化最难的地方。
界面新闻：在与亿纬锂能合作的过程中，宝马对于大圆柱电池研发量产介入程度如何？
何巍：我们通常把电池的实现过程分成五个步骤，材料选型、电极设计、结构设计、工艺实现和场景应用。
材料选型是指正极、负极、隔膜和电解质这些电池材料的选择，电极设计关系到电极厚度，压实密度等指标、这两个步骤主要由电池企业定义。
第三个步骤结构设计涉及电池的大小尺寸，比如是生产4680还是4695的大圆柱电池，这个环节需要整车企业参与，匹配相应车型。工艺实现是指如何让电池生产效率更优，这个环节仍然由电池企业主导，车企起到质量督导作用。
第五个步骤场景应用通常是车企主导，包括了电池在整个生命周期中最高和最低温度、电流的定义等。
界面新闻：特斯拉的大圆柱电池选择了4680的尺寸，亿纬锂能供应宝马的大圆柱电池并没有照搬这个尺寸，原因是什么？
何巍：我们最早设计的大圆柱电池尺寸实际上也是4680，当时已经有了样品，开始进行初步验证。但是客户在2021年5月向我们提出一个疑问，为什么要做4680？
在讨论大圆柱电池高度的问题时，宝马把它的整车设计思路讲解给我们技术人员了解，包括汽车底盘需要预留一部分空间，用于电池的泄压，底盘距离地面的高度要求等细节。我们可以据此计算与验证，需有多少空间可以用于为大圆柱电池泄压。
我们和客户在研究后认为，大圆柱电池仍有进一步优化的可能性，我们一起制作验证了六款不同尺寸的大圆柱电池模型，有不同的直径，也有不同的高度，并把这些电池装到实验车上验证，对乘车人坐姿舒适与否，车辆机械碰撞后电池泄压空间是否合理等情况进行测试。
我们和客户大概讨论了4个多月，最后确定了两款大圆柱电池的尺寸，分别是4695和46120。4695适合轿车车型，46120更适合SUV类的车型。相比4680，这两款大圆柱电池尺寸更大，单颗电池的能量密度更大，同时也能符合他们车型的尺寸要求。
界面新闻：特斯拉在大圆柱量产方面遇到了很大挑战，为什么亿纬锂能很快量产大圆柱电池？
何巍：亿纬锂能在圆柱电池技术领域深耕了23年。特斯拉提出4680尺寸大圆柱电池的时候，我们公司锂原电池其实已经有了类似尺寸的产品(锂原电池不同于锂电池，区别之一是锂原电池不可充电)。董事长刘金成带领研发团队一起研究了大圆柱锂原电池是如何实现的，有哪些问题是需要避开的等等，这是我们可以最早响应宝马对大圆柱电池需求的主要原因。因为这对亿纬锂能来说不是从0到1的过程。
亿纬锂能量产大圆柱电池，也离不开宝马团队的支持与信任，特别是在最困难的时候，宝马团队坚定相信中国电池供应链，坚定选择把大圆柱电池放在中国首先量产。
中国具备全球最完备的电池产业链和经验丰富的技术工程师，同时，亿纬锂能也集合了公司所有资源，来支持大圆柱电池的研发团队，这是宝马和我们能把大圆柱电池做成的最大原因。
举一个例子，宝马对我们的审核时间是春节的大年初八。宝马在春节前和我们说，他们很尊重中国文化，但是现在压力非常大。对方问我们，在中国的文化传统里，是不是只有大年三十、初一和初二比较重要，是否能考虑初三就开始上班？
这个时候，团队的同事们没有过多犹豫，不只是研究院的同事，工厂的很多同事以及我们的供应商也同样如此。
客户从德国总部派了16个人，大年初三早上6点半到了广州机场，之后考察了亿纬锂能惠州总部，也考察了我们的供应商，所有人都在岗。宝马的高管除了对我们表达了感谢，也感慨说这种事只有在中国能发生。
界面新闻：从2022年9月获得宝马定点到今年2月完成审核，亿纬锂能在这期间做了哪些工作？
何巍：不断地在验证。我们花了接近三年时间，通过了宝马A样到D样的电池验证流程。A样到B样确定了大圆柱电池的化学体系，C样到D样则明确了电池的生产过程。
A样和B样都是实验室环境下生产的电池，A样允许有手工过程，B样必须采用全自动产线生产。A样主要是电芯环节的测试，B样需要经历15万公里行驶里程的整车验证。
C样是在工厂量产环境下生产的样品，启动于2023年11月，最后的D样验证是在去年8月启动的，D样的生产效率相比C样更高。C样的生产效率大约为50-60ppm，也就是1分钟下线50-60颗电池，D样至少要达到120ppm，更接近量产的实际情况。
界面新闻：就亿纬锂能而言，是否已经解决了大圆柱电池的生产良率问题？
何巍：最开始，我们在实验室有一条5PPM的大圆柱电池生产线，当时良率可以做到93%左右。2023年3月第一条大圆柱电池生产线投产时，良率在百分之八十多，到了6月已经能做到百分之九十以上了。大概又花了接近一年的时间，达到目前97%左右的良率水平，主要是通过精细化管理实现的。
界面新闻：亿纬锂能如何看待大圆柱电池的市场前景？
何巍：我们董事长刘金成有一句话叫“大圆柱、大铁锂”，它代表了我们对电池市场的看法。
15万元以上中高端车型的动力电池市场，我们认为三元电池有它的存在空间，而方形三元和大圆柱三元相比，我们非常坚定地相信大圆柱电池是最优解。
大铁锂(磷酸铁锂方形电池)主要针对储能电池市场，因为电量越大，越需要安全的化学体系。价位在15万元以下的经济车型，也应该选择磷酸铁锂电池，它的价格确实便宜。(按照正极材料区分，磷酸铁锂和三元是锂电池的两大技术路线，三元锂电池能量密度更高，但价格相对昂贵。)
与磷酸铁锂大圆柱电池相比，只有在100安时以上大电量的情况下，磷酸铁锂方形电池才有市场机会。因为方形电池的结构件成本和制造成本更高，无法与大圆柱电池竞争。出于成本方面的考虑，REV(增程式电动汽车)以及A0级的车型，未来都会选择磷酸铁锂大圆柱电池。
此外，大圆柱电池还可以开拓动力和储能之外的其他应用领域，比如低空经济和机器人，这都是大圆柱电池非常好的使用场景。
界面新闻：磷酸铁锂方形电池目前在国内动力市场占据绝对主流，未来三元大圆柱电池如何与之竞争？
何巍：随着大圆柱电池被越来越多的客户认可，其规模效应会自然带来成本的下降。同时，三元与磷酸铁锂电池对比时，还有一笔账需要考虑，就是三元电池的回收价值。随着未来电池回收、循环经济在电池产业链的影响增加，我们认为三元大圆柱电池会是动力电池的主要方向。
同时，我们也在考虑技术降本的方向。例如，磷酸铁锂电池的系统能量密度在140 Wh/kg左右，三元大圆柱电池的系统能量密度可以做到180 Wh/kg，甚至更高。这使得在电池电量同样在70度i的情况下，三元大圆柱电池比磷酸铁锂电池轻120-150公斤。我们也在与一些客户讨论这种重量优势带来的价值。
界面新闻：亿纬锂能对于大圆柱电池的产能规划是怎样的？
何巍：我们在湖北荆门有三元大圆柱产线，云南曲靖的是磷酸铁锂大圆柱产线，都已经量产。在欧洲的匈牙利工厂，我们规划了三条大圆柱电池生产线。匈牙利工厂正在厂房建设阶段，目标是明年年底量产。
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