锂电三国数“封”流路线还看4680

一、4680：吹响圆柱电池升级的号角（一）发展历史复盘：技路三分天下，胜负难分1、圆柱电池发展历史盘索尼最早发明者最终退出行业92年发明锂离子电池一经推出就以超高的能量密度碾压传统镍氢电池，94年索尼成为最大笔记本生产商戴尔的电池供应商，2006年某会议上戴尔笔记本着火索尼召回00万块电池而后韩国和中国电池生产商崛起索尼深陷亏损泥潭，016年出售锂电业务。松下与特斯拉相互成就194年研发锂离子电池997年丰田Pris采用松下圆柱8650电池，08年收购三洋电机，并供应特斯拉oasder，010年押注等离子电视巨亏，转型动力电池并入股特斯拉，2014年美国建厂，与特斯拉相互成就。牵手特斯拉迎来高光时刻99年就量产了850电池但直到019年才进入特斯拉供应链。SD：大公司小业务。199年量产内最大容量1.8h电池，曾经在笔记本电脑市场中占有优势地位，但在动力电池中一直踌躇不前。、方形电池发展历史复盘SD昔日方形电池的龙头老大99年开发出方形动力电池009年成为宝马动力电池供应商206年因中国白名单政策转向欧洲布局锂电池业务在公司营收占比较低C：补贴政策的最大受益者，崛起的万亿龙头。21年因被宝马相中，独立出来专做动力电池014年因补贴政策出货量剧增204年转向研发高能量密度三元材料年白名单政策以及补贴政策倾向高能量密度材料，出货量得到突破。BY195年公司成立197年手机电池全球出货量第03年进入汽车领域006年研制F3e纯电动轿车，09年量产纯电动客车，20年纯电动乘用车e6量产，受益于补贴政策，成为国内龙头，216年补贴政策倾向三元材料，叠加BYD不外供电池，出货量占比日益降低，220年发布刀片电池和DI车型，市占率持续走高。3、软包电池发展历史盘ASC早期的王者点错了科技树07年成立专注于锰酸锂技术路线210年搭载ESC的经典车型日产eaf上市，创造了9年零电池安全事故的质量佳话。217年因锰酸锂优势不再，ESC不再是eaf独家供应商，019年被远景收购。软包电池集大成者G在手机电池中沉淀多年2009进入动力电池市场首款车型为现代混动车型，010年配套雪佛兰ol，2017年雪佛兰olt和olt销量突破5万辆218年和大众合作开发MEG软包电池达到鼎盛201年现代和通用因电池安全问题召回，大众电池日宣布选择方形标准电芯，软包电池遭遇挫折。图表1 不同封装方式展历史资料来源：整理（二）发展历史复盘：技路三分天下，胜负难分图表2 封装方式介绍圆形锂电池方形锂电池软包锂电池结构制造工艺圆形卷绕方形卷绕方形叠片包装材质一般钢壳，也有铝壳铝壳为主铝塑膜优点工艺成熟一致性高适宜大批量连生产比表面积大散热效果（优方形电池；外壳耐压高，使用中不出现膨胀现象。结构强度高，承受机械载荷能力好；重量小，相对能量密度；可以定制化生产。可鼓气裂开，安全性能好；较铜壳、铝壳量轻；同等尺寸下电池容量更高；内阻小自耗电低；设计灵活，可按照需求定制。缺点容量小大容量需并联连接艺复杂成本更高爆炸可能性大体积大间利用率低。、工艺复杂壳体与电芯配合需要考虑；产品良率低，一致性差。一致性较差，难批量生产；成本较高；对塑膜的质量要求高，不达标产品可能混液代表厂商松下/G三星SD，宁德时代LG化学，ESC典型应用特斯拉宝马日产聆风外壳材料铝合金、不锈钢铝合金、不锈钢铝塑膜安全性一般较高，对电芯的保护作用强不易爆炸；铝塑膜机械强度低能量密度较高较低较同等容量硬壳电池有更高能量密度产品特性散热性能优，圆柱体便于多种形态组合 容量大重量轻，散热性能好产品标准化/生产自动化高，生产工艺成熟低低电池一致性高较低较低产品研发趋向适当增加圆柱体积以获得更大电池容量封装材料向高硬度、轻质化发展改进生产工艺，实现全自动生产，提升一性，电池管理系统发展现实条件约束国内技术电池管理系统和自动化水低适合大型汽车使用铝塑膜依赖进口，国产化进程低下，影响包电池成本汽车公社电动汽车观察家，电池中国网，评判技术路线一定在统整车的角度评估，不将单体电芯的优劣演系统：电芯能量密度高≠系统能量密度高，软包电芯的量密度高，但在系统级包电的构重远于硬电，得统的能密差不。电芯安全性好≠电池系统安全性好，在电池包内芯的散热路径、紧固状高压连接等都会影响热失控防护效果，软包电池在电芯级安全性能优于硬壳池，系级护度成本很，体并明显势。（三）圆柱电池生产工艺全耳工艺不成熟影响率圆柱电池生产工艺在种封装方式中最为单产效率最高的产艺包配料涂、压模、卷、接等艺。图表3 圆柱电池生产艺介绍锂电前沿4680全极耳电池生产工的难在于：模切：全极耳电池在进行极片涂布时，会在集流体边缘预留空箔区，经过辊压和分切后，将集流体边缘的空箔区切割成多个极耳，再进行卷绕。激光切割耳存以问①片切割容抖②割废料能效出题；③模长和数高常规耳。揉平在480柱池造工中需对池芯的极进揉电池卷的面整再极板平程难极揉速过时，极片外翻；②揉平速度过慢时，生产效率低；③揉平时产生金属屑较多，导内部路④材脱等问；摩产大粉尘⑥生耳皱。焊接460池耳由于耳量多得接量大电焊中工艺一有耳焊包预焊接极带点电芯壳预外盖密封焊接、注液口密封焊接等。焊接周长和时间增加了，全极耳和集流体的白空有，热积应，影一焊过程容产热积。模切：通过分切机，将碾压后的极片卷料按照实际需求，分切成制作电池所的宽460池直在空上割耳型对高制设提了高的激切精、度质量求。4680全极耳电池部分解方案：模切：将正负极全极耳模切成多个平行四边形的极耳单体，不仅能够在揉平程中杜绝极片外翻，在与电池外壳组装时，不易刮伤电池外壳的内壁；且能减少金属屑的产生，避免短路；同时，这种平行四边形结构能够有效减少揉时的压，而免性材的落大提良品。揉平：各家艺别极CN135039A的专显，全耳套上揉平套，揉平头一边自转一边接近揉平套，待接触揉平套后直接碾转作用揉平套上，并带动揉平套弹性变形而将碾转力传导作用于全极耳上完成揉平由于揉平头不再直接接触全极耳，故能有效防止将全极耳部分揉碎，从而消对产质的响也好的高良率CN051814B专显示超声波揉平对电芯的端面进行超声波的预处理揉平，然后进行机械揉平。超声揉平包括设置在电芯两端的超声波揉平头，超声波揉平头上有凹槽，电芯两插入对应的超声波揉平头的凹槽中。电芯输送入超声波揉平单元，超声波揉头对电芯两个端面进行振动揉平，可以实现平整效果，提高电芯端面紧实度为后续机械揉平做好准备。机械揉平头为陶瓷揉平头。机械揉平头对电芯进旋转挤压揉平。只利用超声波揉平会导致揉平端面不够平整的缺陷。N21387154U专则在涂之再缘白涂抹缘料绝材与活性质平度得卷后流形完平需行平；焊接耳接前采用光进焊确调焊速焊度、焊接宽度等优势，适应不同材质及产品的焊接，达到精准焊接，质量更可靠外观整。图表4 480全极耳关生产工艺介绍国家知识产权局C12093、C23585U、CN13175、CN363A、CN13074，图表5 汽车集团封装术路线选择车企方形圆柱软包特斯拉√√上汽集团（主要）√大众集团√√现代起亚汽车集团√比亚迪√吉利乘用车（主要）√广汽集团（主要）√√宝马集团√戴姆勒集团√√雷诺日产集团√√√标致雪铁龙集团√长城汽车股份有限公司√√蔚来√理想√小鹏√√√威马√哪吒√√√沃尔沃集团√√通用汽车√√Riian√lid√汇总18712汽车电子设、证券日报，财经，高工锂电，汽车之家，OFwk锂电网，电池中国网，汽车预言家，宝安日报，华夏时报，远川研究所电车汇，电池工业网，DoNw，捷威动力，华夏V网，第1财经，（四）众多因素影响圆柱池展，4680专为动力电池计，克服多种缺圆柱电池发展缓慢原分析：优质供给少：国内一线业比亚迪和宁德时代都是方形电池技术路线，二线电池业技不熟市占率低。下游车企少：1650电池本身是为消费电子设计的，最初并未考虑运用在汽车中电芯寸小系集难度高odelS集成000个1650电的超高，即使在天大数企也法熟用00节电，致企而步。成本高昂：由于圆柱电单颗电芯容量小，非活性物质占比高，降本速度低于方电池。路径依赖212016国补政推商新源速展而用电池空间大如使圆电则需至上节池商用企自技实薄弱，无法驾驭如此庞大数量的电池，补贴政策时间窗口有限，抢装潮下自然选择集成度最的形池2016年的力池货前2名为、T，从时起就是双局。以上问题有望得到解我们认为460将加速圆柱份额提升：优质供给增加：白单开，万亿龙头入场。09年6月21日汽动蓄电池行业范件正废止意味中动电市正式国电企开G、松下可为国场供优的柱池国德时纬能经入460圆柱池发目已公开示入460研发企包：斯、G、三星D、T、亿能等。电池数量降低集成降低特拉在用是446节2170池来会使用960节680电，集成槛幅低。容量增加本差距缩460柱池量是2700池的5叠柱电池生产率率用更镍量正材和更的负480池的成本与形池成差缩小。宝马率先切换圆柱池在BMWen6的池中将采圆电为TL的伯乐，宝马曾坚定不移的选择方形电池技术路线，现在带头切换至圆柱电池技路线必也深影其他企。图表6 布局大圆柱的池企业车企方形圆柱1宁德时代已宁德时代目前量产了两款大圆柱电池，尺寸都是34直径)20高)m2比克电池国内首发680全极耳大圆柱电池，60电芯样品预计年内批量下线全极耳大圆柱产品应用了新一代正负极材料和结构设计，在兼顾能量密度的基础上快充性能实现了三倍提升，以高端车电为切入点，终端市场对大圆柱电芯需求十分可观。3亿纬锂能亿纬锂能主要是走480和45的路线其中60是标准化电芯495应该针对车企的定制产品目前没有任何的信息。5松下21年10月松下首次展示其为特斯拉打造的新型480电池6LG新能源3月表示已开始为特斯拉480电池建造一条试点生产线在其Ohng工厂改造部分生产线装配和电镀设备已安装完毕，最早有望在年内开始运营。7SDI和现代汽车联合开发下一代圆柱形电池将在未来两到三年内推出完成了特斯拉odlY用480电池组样品的开发，目前正进行各种测试。8蜂巢蜂巢能源在221年上海车展展出过一款23h的60电池NCM正极规划能量密度3h/循环寿命高于100次，用于纯电动汽车。高工锂能，华夏V，第一财经咨询，二、安全性能：圆柱电池具有天然优势，odl3极限工况实测（一）滥用工况：相同化体下，圆柱电池系统安全《前瞻新技术之一：动力电池无热蔓延技术》中详细分析了热失控防护的主要设包括热冲、体电压液和体。图表7 热失控防护要素车知《大模组、TP/CTC电池系统技术培训，热：圆柱电池显著于壳及软包电芯圆柱电池的单体电芯容量远远低于方形和软包电池。16214680的单电芯容为254.82A，而时方铝电基在5030A，包池基在3010Ah。圆柱电芯的接触面积为零，与方形、软包电池差异很大。同时由于柱电间存在缝隙，电芯间填充隔热灌封胶，电芯的接触面积是零，若某个电芯发热失控，热量必须经过灌封胶再传递至周边电芯。但方形电池和软包电池是面接热积大对隔的求高。冲击：泄压阀朝下计安全性显著高于泄阀上的普通方形电池电芯开阀后气、液、固混合物高温高速冲击，特斯拉圆柱电池的泄压阀朝下计，美开池上无法受击的题。气体：底部悬空形天烟道，实现高效泄。电池包内部形成高压，设计应该考虑良好的烟道、泄压阀，否则内部压力过会造成结构件撕裂。而高温烟气的路径只经过电池包底部，电池托盘的结构度远高上，险低。电压：热电分离。所有压零件均超上方，泄压阀朝下方，在热失控时高温气不威到芯方高压件短风低。液体和固体：在热失控朝下喷发的导电材料不会威胁到上方的高压零件，需要塞压的险。图表8 480电芯侧面 图表9 480电芯底部架heLimitngFao，转引自魅力少年马里昂@Bibili heLimitngFao，转引自魅力少年马里昂@Bibili（二）极限工况：Mdel3实车0n激烈驾驶快充，小幅触发降温措施1、特斯拉电池热管理势显特斯拉Moel3采用圆柱电池在极限工况保电热安全具有天然优势单个芯很小，保证电芯内部温度场均匀性极佳；2）冷却管路覆盖面积极大，保证电池内不电的度匀过秀热理施能在短时将热迅速排出。特斯拉整车热管理计念领先：过冷式冷却在Sueboe智冷却液储罐的管路切换阀和水泵驱动下，分别分两路进入电池和功率电子进行冷却，最后经Supeboe集成的热将热量释放空调系统电池液冷回包括两条热途径：1）换热器+散热器+风扇回路，实现间接风冷+能耗低；2）换热器+空调系统，实现空调强制快冷。图表10 odel3热管系统示意图纯电车ModelY比Model3热管理系统进一步升级。odel3用通，电电驱电控的热管理系统整合，甚至利用电机堵转降低效率的方式来加热电池，但座舱依然要PC加MoelY把两个四阀叠加成通阀，将调和三整起来，现十二种制热和三种制冷模式。前舱散热器从两个减少到一个，完全依靠复杂的控制策来实现热的合分配ModlY取消PC，热改用热，同还加了一个缩机，也以接生量，率主流PTC当56k，以提足够制热功率。图表1 odel3Supeoe智能冷却液储罐 图表12 odelY八通设计管路智车联盟 slFan2、Model3连续极限工况试电池未开启强制却采用电本Modl3进行车限况试探索odel3极工下的热安全施按冷系措施区以等。图表13 电冷却系统施编号冷却系统措施换热措施备注1风扇散热冷却液维持低流速风扇散热热管理轻微介入2风扇散热冷却液间歇性高流速风扇散热热管理轻微介入3风扇散热冷却液维持高流速风扇散热热管理轻微介入4压缩机间歇开启空调强制散热必须空调介入5压缩机长时间开启空调强制散热必须空调介入6压缩机满功率开启冷却液维持高流速空调强制散热必须满负荷强制散热7过温报警\无法及时散热并最终过温报警资料来源：整理Model3实车极限工况试表现优异电池未出过温限流情况Modl3是运型车型，对车辆在激烈驶中的表现有严格的要，通过实车测试发现，长达90n的极工下电池OC从90低至39，温度从9上升至2电池终未出过限等况说明工未到Modl3的限况热全能。图表14 极限工况测试编号工况时间电芯初始温度℃电芯结束温度℃初始SC%结束SC%120次百公里加速8:58:52152990802120pm高速8:58:329358068320次百公里加速8:39:5353856861420次百公里加速9:59:638541615556010pm急加减速9:61004414855396快充132~5:74149539994upr锂电池公众号，在工况14连续60n的激烈驾驶条件下，调缩机全程未开启，明odel3的热管理能力极强完不需要空调介入。况4中数进分，池OC由61.2至55.电温由38.℃至4却流未生调缩机全未启。图表15 odel3实车况4测试：20次百公里速upr锂电池公众号，备注：入水口温度解析有误连续激烈驾驶65n后工况（连续60100pm急加减速中勉强触热管理动作压缩机未满功运说明连续90n的激烈驾驶完全未触及odel3能上限。工况5可为4个1电温缓提冷却维低速压机未启；电温提至4冷液歇高速压缩间性启3芯温提升至4℃冷液持速缩连性功（~.3k开工况缓，电芯度持7~8冷却流逐降，缩机闭。图表16 odel3实车况5测试：6~10pm急加减速upr锂电池公众号，备注：入水口温度解析有误，压缩机最大功率1.5w连续激烈驾驶后进快，电池最高温度4.℃，空调压缩机未开启完未触及Model3性能上限充分为4个段1电温缓慢升冷液持速6/n，压缩未启2充至537电温提至4℃冷液速至8/n，维持段间继提至14.5/n，之后慢低至6.5n，压机开启3）45A恒充电电温维在49.℃却持低速缩未4乘舱开启调电涓充冷却与水温动调整电温缓降至45.图表17 odel3实车况6测试：快充upr锂电池公众号，备注：入水口温度解析有误圆柱电池在极限工中热性能优势车极分用柱冷却面积大的特点，普通工况根本不需要空调为电池降温，只在极端工况下开启空调压缩机电池降温；2）有助于降低整车能耗，提高乘客舒适度；3）电池温度场分布均匀，有于提电寿。总结：圆柱电池安性更优。滥用工况：圆柱电池单释放能量最低，单位散热能力、与周边电芯的隔热力最，失防难和成最。极限工况Moel3车试续90n激驾快充电最温度49.空调短小率启Modl3电热安性限极。三、快充性能：大电流+高电压是快充终极路线，4680更有优势（一）手机快充复盘：高大电流快充是趋势充电速度慢曾经也是手机的痛点，复盘手机快充的发展历史有助于理解汽车快充的发方向。根据PU，提升快充三方式1）不变提电压2）不变提升电；）压电者都升。第一阶段（2020：W慢充时代，电池可拆。07年Phone4的标志着移动设备进入智能机时代，但随着智能手机功率越来越高，手机电池的发展速度明无法足求。第二阶段（0121：快充萌芽时代，高电压和大电流两条技术路线。米、华为、通尝增电来提充功，率本都在10W左，要因是McoUB20能受大流A。014年PPO择特独，接底造充头和数据将McoUB针从5pn增到7p使用受A特材，电头也整了C电，大电快，大率225（4.A充分钟通话两小”广词喻晓。第三阶（206年至今快充起飞时代技术路线高电压大电流头材、电电全位电长从3小短至0钟有厂商不约而同选同提电和电PPO12112.5小米12（5A华为6W6A图表18 手机快充功率盘财经老，手机之家，数码评价，增才说科技，电子发烧友，中关村在线，电脑爱好者，充电头网，倍科认证，昆明天科技有限公司，（二新能源车快充：仅靠0V快充不尽人意，80V搭配大电流才最快首款800V车型保时捷acan快充能力不尽人意际快测结显acan快充率62k与拉Moel3最快率25kw未开差其中斯拉的快电受于电，而电本。至30OC后odel3电功开始急剧降保捷acan在后显优。ayan的补能速度低于odelMdel3高能度900kh优于acan的600kh。acan车身量电量均于Modl3续航于Modl3acanuboS电池3.4k身量230kEC续航412kModl3peoance电池6.5k，车身量836NC续航05k。图表19 odel3与yan快充功率 图表20 odel3与yan补能速度V汽车邦 V汽车邦整车平台电压提升到0V已经成为共识限硅基GT功元件耐压力之前电车压统遍用的是00V电平基于电平的电中，电功率最的特拉三超级电达了25工电的值近00果想要一提充功缩短电间就要压平从4V升到0V00V甚至高水，实高压统扩。800大电流才是最强充根据PUI,同时提电压电才最解方案参考手机充们汽车充最方也高电大流术线8月0广汽安布充电5钟，航200里的技术及48kw超充实车试结果示80V型充电率46.7k对电压电分为85.V和56A。40V型高电率40k对电和流别为5V和5280+电方案显出显势。图表21 埃安800V快充（80w） 图表22 埃安400V快充（50w）新出行 新出行大电流快充电池发严，全极耳圆柱电池适大电流超充。据本律Q=2R，50A电发量是0A的25倍如快将热传出实大电快充的瓶比圆电方电具以缺1方电散路方电池体积和容量远大于圆柱电池，极柱热量和内部中心热量传递到水冷板的传热路径远大于圆柱池2芯部差大进影电一性全能电学5AhP方形芯过3C快后柱温度4℃电壳低温度9℃电内高温度4℃，最大差了2℃而1860柱芯C放内部仅℃；）内部率差异较大，方形电池内部存在多个卷绕，卷绕折角处与中心为的曲率半径不一致，导致材料面一，同置的料充力一。图表23 0hFP电池3C快充温度示意图 图表24 方形电池圆柱池X光照片郭巧《车用动力电池多内热源模型与电池不一致研究》

汽车电子设计，新能源lad，（三）全极耳：集流体内下降3个数量级，解决电快充发热问题18650电芯设计之初并未考虑到应用于电动车领域，电芯过流能力有限。据电芯实物解息，1860芯仅靠根接耳集电负紧靠极片间有一根焊接的极耳，而负极极片最侧边有一根焊接