46系大圓柱電池產(chǎn)業(yè)化存在的痛點

在特斯拉效應(yīng)下，46系大圓柱電池引發(fā)全球產(chǎn)業(yè)界關(guān)注，通過結(jié)構(gòu)創(chuàng)新與材料體系，實現(xiàn)更高效制造、更高性能、更低成本來滿足電動化的需求，已經(jīng)成為行業(yè)的重要技術(shù)路徑之一。

站在2023年的時間節(jié)點，46系大圓柱行業(yè)開始發(fā)生兩大重要變化。

一是，按照規(guī)劃，要在今年下半年實現(xiàn)規(guī)?；慨a(chǎn)的特斯拉，并未達到預(yù)期規(guī)劃，同時包括松下，也傳出在產(chǎn)業(yè)化中遇到一些問題，甚至一度打算放棄。這說明，46大圓柱產(chǎn)業(yè)化進入焦灼的狀態(tài)。

二是，中國主流電池企業(yè)都在推出大圓柱，包括寧德時代、億緯鋰能、中創(chuàng)新航、遠景動力、蘭鈞新能源等都在技術(shù)上獲得了實質(zhì)性進展。而且產(chǎn)能擴張方面實質(zhì)性的進展，包括億緯鋰能，已經(jīng)加速在海外的落地建廠。

而這背后，來自中國鋰電產(chǎn)業(yè)產(chǎn)業(yè)鏈的全鏈條的技術(shù)支撐起到了關(guān)鍵作用。目前，圍繞核心工藝、設(shè)備，一大批中國企業(yè)取得了突破性進展，涉及干法電極、電芯（涂布、卷繞、裝配）等各個環(huán)節(jié)。推動大圓柱電池的產(chǎn)業(yè)化，中國企業(yè)正在提供自己的創(chuàng)新解決方案。

9月15日，高工鋰電以“46系大圓柱電池產(chǎn)業(yè)化‘闖關(guān)’”為主題開展直播活動。活動上，億緯鋰能電池系統(tǒng)研究院副院長徐宇虹博士、蘭鈞新能源電芯開發(fā)總監(jiān)劉陽博士、逸飛激光副總經(jīng)理/研發(fā)總監(jiān)冉昌林、上川精密總經(jīng)理曹國平博士、清研納科董事長王臣博士、海目星激光卷繞產(chǎn)品開發(fā)總監(jiān)劉寶、逸飛激光產(chǎn)品開發(fā)與推廣經(jīng)理孟昌、上川精密研究院院長朱非甲博士進行了分享。

46系大圓柱產(chǎn)業(yè)化“痛點”

從技術(shù)工藝來看，裝備端一直是46系大圓柱產(chǎn)業(yè)化的重要掣肘。活動上，演講嘉賓從各個環(huán)節(jié)分享了目前46系大圓柱量產(chǎn)存在的痛點與挑戰(zhàn)。

蘭鈞新能源電芯開發(fā)總監(jiān)劉陽博士表示，從產(chǎn)業(yè)鏈來看，目前46系大圓柱產(chǎn)業(yè)化面臨三大難點：一是終端下決心入場的需求尚未釋放，大圓柱生產(chǎn)放量遇阻；二是大圓柱產(chǎn)品性能及制造上尚未完全匹配用戶需求；三是高容量原材料、結(jié)構(gòu)件原料來源及規(guī)模受限。

尤其在性能制造上還存在不確定性，極耳處理方式上是采用全極耳、模切極耳還是斜切極耳，處理上也包括揉平、壓平的工藝；集流盤和極柱、集流盤與殼體/底蓋的焊接也是一大棘手難題；在性能方面要完全兌現(xiàn)其潛力還需要在連續(xù)快充循環(huán)方面、高溫存儲方面繼續(xù)下功夫。

逸飛激光產(chǎn)品開發(fā)與推廣經(jīng)理孟昌指出，由于生產(chǎn)合格率上不去，生產(chǎn)效率難以提升，關(guān)于結(jié)構(gòu)、工藝、材料的探索仍在不斷變革探索中，國際上實現(xiàn)大圓柱規(guī)?；牧慨a(chǎn)仍需要很長一段時間。

如：在結(jié)構(gòu)上，特斯拉此前看似“完美”的結(jié)構(gòu)，卻無法保證合格率，無法量產(chǎn)，最終不得不修改結(jié)構(gòu)，延緩產(chǎn)品發(fā)布日期。在工藝上，對于全極耳成型不再執(zhí)著于切折工藝，正極恢復(fù)使用濕法電極工藝，干電極工藝還只是應(yīng)用到負極。在材料上，除了高鎳三元，還新增了LFP的選擇等等。

上川精密研究院院長朱非甲博士表示，采用濕法電極工藝的大圓柱電池對涂布及質(zhì)量提出了更高的要，包括更高的涂布一致性需求；更窄的削薄區(qū)及更小的削薄需求；更多條的陶瓷涂布；更窄的陶瓷涂布區(qū)；更高精度的尺寸及對齊度等。這都對涂布模頭也提出了更大的挑戰(zhàn)。

如：涂布的CPK要求從1.67提升到1.9；一致性要求從±1%提升到±0.5%；要求可信及更高的面密度檢測精度；削薄區(qū)尺寸要求達到5mm以下，削薄達到5μm以下，以及厚度測量的精確性；從常用的陶瓷涂布區(qū)8mm左右縮減到3mm以下；陶瓷的厚度及陶瓷與主漿料的互溶與否需要精確測量；對齊度精度要求從0.5mm到0.3mm。此外，各家4680電池極耳工藝不同，對于尺寸測量要求更加復(fù)雜。

海目星激光卷繞產(chǎn)品開發(fā)總監(jiān)劉寶從卷繞端分析表示，目前大圓柱卷繞工藝分為兩側(cè)出極耳與同側(cè)出極耳等兩種形態(tài)，同時存在的痛點包括效率瓶頸、極片對齊、極耳翻折控制、極耳對齊度、整機除塵能力等。

清研納科董事長王臣博士分析干法電極工藝量產(chǎn)主要面臨的挑戰(zhàn)，包括：粘結(jié)劑的含量與濕法漿料相當，小于2.0%，關(guān)乎于內(nèi)阻；混合粉體的流動性與濕法漿料相當，流沙若水，關(guān)乎于成膜速度；粉體直接成膜的速度、寬度與濕法涂布相當，關(guān)乎于生產(chǎn)效率；熱復(fù)合的速度與壓力，與濕法電極輥壓機相當，關(guān)乎于壓實密度。

大圓柱最新進展及量產(chǎn)預(yù)判

行業(yè)嘉賓的一致共識是，46大圓柱規(guī)?；慨a(chǎn)將由中國企業(yè)率先開啟，預(yù)計今年年底明年年初實現(xiàn)量產(chǎn)。

劉陽博士表示，目前涉及大圓柱電池研發(fā)的電池企業(yè)及車企已經(jīng)達到數(shù)十家，走得快的電池企業(yè)基本已經(jīng)完成所有的研發(fā)動作，并基本解決量產(chǎn)阻礙，等待市場上量的量產(chǎn)，多家企業(yè)也將2024年作為大圓柱電池SOP的時間點。

目前，蘭鈞新能源基于蘭鈞“雙子星”平臺打造的“辰星”大圓柱電池，具備極限降阻、飛速傳輸?shù)奶攸c，DCR降至<1.8 mohm，快充時間減少至15 min，實現(xiàn)充電5min，續(xù)航200km。

億緯鋰能電池系統(tǒng)研究院副院長徐宇虹博士表示，億緯鋰能大圓柱電池已進入C樣階段，截止今年6月份，電芯下線數(shù)量達到100萬支，9月實現(xiàn)翻倍達到200萬支，主要得益于大圓柱高效的生產(chǎn)效率。

目前，億緯鋰能的大圓柱生產(chǎn)基地，相比于傳統(tǒng)的電芯制造，其大圓柱電池生產(chǎn)制造在線時間縮短至7天，相比傳統(tǒng)制造工藝工序減少30%；生產(chǎn)節(jié)拍更快，綜合生產(chǎn)制造效率相比傳統(tǒng)制造產(chǎn)線提升40倍。同時實現(xiàn)低碳生產(chǎn)。

逸飛激光副總經(jīng)理/研發(fā)總監(jiān)冉昌林表示，根據(jù)與客戶的配合情況看，部分企業(yè)的大圓柱中試線基本已經(jīng)解決，大圓柱規(guī)模放量需要根據(jù)下游應(yīng)用場景的明確化，預(yù)計今年年底明年年初會有突破性進展。

上川精密總經(jīng)理曹國平博士表示，大圓柱在海外產(chǎn)量的時間比較確定，預(yù)計2024年將會翻4倍，相比來看目前國內(nèi)下游市場需求還不明確。另外在上游原材料方面，如硅基負極的量產(chǎn)應(yīng)用仍存在掣肘。

劉寶認為，46系大圓柱實現(xiàn)大規(guī)模放量的前提，是要形成像18650般實現(xiàn)標品化才能將成本優(yōu)勢發(fā)揮到極致，才能有更大的市場空間。

破局量產(chǎn) 大圓柱裝備創(chuàng)新方案

· 逸飛激光

孟昌在演講中表示，逸飛激光專注于組裝段的智能裝備方案，針對于全極耳的新工藝，涵蓋了極耳成型、包膠、入殼、集流盤焊接、合蓋、封口、氦檢等全套工藝流程。單線效率50-300PPM（個/分鐘），兼容21/32/34/46/60等全系列圓柱全極耳電芯規(guī)格。

核心工藝系統(tǒng)上，逸飛激光在全極耳成型方面針對揉平和切折，提供了兩套不同的系統(tǒng)；在集流盤焊接方面，可提供過脈沖激光焊和連續(xù)激光焊兩種設(shè)備路徑；電芯的封口設(shè)備也可選擇激光焊接封口或者機械封口。

同時，為了提高整線的實際生產(chǎn)效率和管理效率，逸飛激光提供的解決方案中單線有超過7000個I/O點，數(shù)據(jù)量大，數(shù)據(jù)種類多，基于逸飛的這一套MES系統(tǒng)可以充分進行管理，實現(xiàn)智能排產(chǎn)和自主協(xié)調(diào)，完成車間級制造執(zhí)行系統(tǒng)的升級。

· 上川精密

朱非甲博士介紹，基于大圓柱提出的更高的涂布一致性及質(zhì)量控制需求，基于集團子公司上川精密的模頭調(diào)節(jié)經(jīng)驗+銳奇精測的面密度測量經(jīng)驗+華視智能的軟件及AI能力，華視股份推出了全閉環(huán)控制涂布系統(tǒng)，已經(jīng)實現(xiàn)批量交貨，在部分現(xiàn)場實現(xiàn)了COV小于0.2的涂布質(zhì)量。

其中，銳奇精測的1.5*12mm的光斑尺寸+自研的高精度測量傳感器+高可靠的測量工作站及電氣系統(tǒng)+成熟的測量軟件系統(tǒng)，帶來了3σ為±0.05g/㎡或±0.05%的重復(fù)精度；上川精密基于近10年的墊片設(shè)計經(jīng)驗，可以通過墊片設(shè)計來實現(xiàn)5mm以內(nèi)的削薄區(qū)及5μm以內(nèi)的削?。蝗A視智能的Argusmart測量系統(tǒng)，可以進行分辨率0.025mm的測量，滿足0.1mm以下的測量精度。

· 海目星激光

劉寶介紹，海目星激光圓柱切卷一體機率先攻克工藝技術(shù)難點，產(chǎn)能效率15PPM（極片長度5.5m），張力波動≤±5%，激光切割速度1.5m/s（全極耳狹縫工藝）。

突破性采用凹凸模設(shè)計的專利結(jié)構(gòu)，對極耳進行預(yù)折及撫平拍平（經(jīng)過多次角度逐級成型），并通過6維度DOE技術(shù)優(yōu)化，進一步防止了極耳成型后產(chǎn)生翻折和倒插，保障了卷繞電芯的安全性。

采用CCD與模切閉環(huán)控制，使極耳對齊度保持在±5mm以內(nèi)的精度；新研發(fā)測厚與模切閉環(huán)控制系統(tǒng)，進一步提升極耳對齊度的控制精度。

· 清研納科

王臣博士表示，已量產(chǎn)的濕法電極目前面臨溶劑NMP引入具有生殖毒性、能耗高、占地面積大等困境，清研納科目前在干法電極制造擁有的底層技術(shù)包括：1、粉體直接成膜技術(shù)，2、自支撐膜片與涂炭集流體熱復(fù)合技術(shù)。

2021年10月，清研納科已建成年產(chǎn)能100萬平方米的超級電容器用干法電極生產(chǎn)線。2023年10月，公司將拉通國內(nèi)首條鋰離子電池用干法電極生產(chǎn)線。目前公司與納科諾爾聯(lián)合研發(fā)的多輥連軋設(shè)備采用8輥形式，幅寬達450mm，速度達30m/min。

審核編輯：湯梓紅