2020年特斯拉率先宣布推出4680大圆柱电池。到如今。采用这种结构的量产车型仍然很少。依据GGII的数据。2023年国内动力电池市场。方形电池占比高达94.1%。不过今年下半年起。4680及同类大圆柱电池终于开始加快量产速度。
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4680大圆柱电池 / 松下新能源
今年特斯拉最先达成4680大圆柱电池全面量产。6月时第5000万颗4680电池下线。到了9月第一亿颗正式下线。这期间只用了三个月时间。宝马早就和几家供应商签订了大圆柱电池采购合同。在中国、欧洲以及北美分别设立两家电芯工厂。这六家电芯厂每年的产能都能达到20GWh。预计会首先应用到2025年推出的“新世代”车型上。
除此之外国产动力电池厂商也在加速布局。1月31日江淮瑞风RF8正式上市。它成为首款搭载亿纬锂能大圆柱电池的量产车型。亿纬锂能在6月举办的锂电池大会上发布了6C快充大圆柱电池—全能电池。该电池可实现充电5分钟续航300公里。从官方公告可知，当前亿纬锂能的大圆柱三元锂电池，已取得未来五年规模的意向订单。这些订单涵盖储能和动力电池。
中创新航于去年全球合作伙伴大会宣称。其会在2024年Q4达成46系列大圆柱电池量产。据悉该电池能量密度能达300Wh/kg。还可实现6C+快充恒泰科技于今年1月宣布，位于惠州产业园区的“新一代全极耳大圆柱电池”项目已投产。该项目生产的电池主要是46135磷酸铁锂电池。目前其年产量大概在1GWh左右。
大圆柱电池的先天优势
在同等容量的电池包当中，18650、2170电池体积更小。相比之下，4680电池能显著减少单体电池数量。以特斯拉Model Y长续航版本电池包为例。若采用18650电池，可能需7000个。换成4680电池，所需电池数量可能不到1000个。
大圆柱电池具备高能量密度、强快充能力、高安全性、长寿命等相对优势。宝马对其选用的46系列大圆柱电池有如下指标描述：能量密度提升超20%。续航提升达30%。充电速度提升达30%。电池成本降低达50%。
4680圆柱电池结构
除了电池本身的性能优势外，大圆柱电池还带来制造效率优势。在CTC结构里，电池数量越少，焊接点数量就会进一步减少。很多整车厂坚持用方形电池，一大原因是方形电池体积普遍大，所需焊接的电气连接更少。
在大圆柱具备诸多优势的情况下，动力电池厂商的产能扩张速度为何如此缓慢呢？需知三个月生产5000万颗4680电池的产能，仍无法满足特斯拉的出货需求。假设每辆单车搭载1000颗4680电池，从特斯拉的销售状况来看，甚至无法满足Model Y在中国区的月销量，更别提整车电池容量更高的皮卡了。
从已公开的产能布局来看 规划产能高于的仅有特斯拉 亿纬锂能和宝马 并且扩产进程比较缓慢 这背后的原因是 若要实现大圆柱电池的高速量产 对设备和工艺提出了更高要求 这直接影响了4680电池的良品率 特别是在壳体冲压成型和焊接方面
大壳体的冲压与拉伸成型
制备4680电池壳体时，冲压拉伸是主要生产工艺。因4680在尺寸、材料方面有变化，所以对冲压设备和工艺要求更高。像宝马选用的46系列大圆柱电池，其电池高度超80毫米，有95毫米和120毫米两种选择。恒泰科技的全极耳大圆柱电池高度更是达135毫米。
对于冲压设备来说 从65mm到135mm是极大跨越 对设备最大拉伸高度有要求 所以46系列大圆柱电池常要用大行程拉伸用精密冲压机 采用多工位逐级递进连续冲压 将壳体深拉伸至最终形态
大圆柱电池采用CTC设计。电池本身充当一部分汽车结构件。所以46系列大圆柱电池与方形电池常用的铝壳不同。46系列大圆柱电池多采用镀镍钢壳保证结构强度和抗腐蚀性。钢材的屈服强度高于铝材。钢材的硬度高于铝材。钢材的弹性模量高于铝材。这意味着钢材塑性差于铝材。在同样拉伸冲压加工下。达到同样形变钢材需要更大冲压力。
更大的冲压力会致使模具变形。这会影响加工精度。镀镍层比较脆弱。在工艺使用不当时。它容易开裂。这会降低抗腐蚀性。所以冲压设备自身的精度对大圆柱电池的良率影响非常大。目前国内上市公司里 有厂商在46系列大圆柱电池壳体方面有所行动 比如科达利 震裕科技 斯莱克 金杨新材料等 这些公司通常采用从日本进口的旭精机精密冲床
凸轮式拉伸压力机 / 宁波精达
国内厂商宁波精达推出了针对46系列大圆柱电池的精密压力机。比如其DC/UDC系列凸轮式拉伸压力机。该压力机最大可支持46100的圆柱电池产品。目前基于该解决方案的46系列大圆柱电池结构件高速生产线已交付客户。
除上述电池壳体厂商外，还有凭借在易拉罐拉伸成型关键工艺积累的经验进军动力电池领域的厂商。比如苏州斯莱克精密设备。斯莱克选用了DWI这种冲压拉伸工艺。在此工艺中一根圆柱体钢材，工件于同一工位上。连续通过内径依次减小的模具。以此实现多段冲压一次成型。
根据斯莱克财报显示，电池壳业务上半年营收为4.03亿元。与去年同期相比，增长了41.42%。他们已完成方形电池壳DWI产线测试。生产速度能达到每分钟100个。46系列大圆柱钢壳产线正进行小批量生产。后续会依据客户需求开展大批量生产。
焊点少不代表焊接易
大圆柱电池焊点数量比过去的1860和2170减少了。然而给焊接带来的挑战却不少。特别是在集流盘和封口的激光焊接方面。当前大圆柱电池多采用全极耳设计。与传统的单极耳、双极耳点焊不同。转变为全极耳与集流盘面焊。焊接工序增多。焊接难度增大。
集流盘靠近电芯。激光焊接产生的额外热量。这可能会破坏电池隔膜。也可能会破坏其他内层材料。进而影响电池导电性能。还会影响电池寿命。在封口焊接方面。处于高速转动的工况。此时对焊接精度要求更高。激光焊接容易造成壳体的镀镍层掉落。致使壳体更易生锈。
圆柱电芯装配线 / 联赢激光
正因这样，激光焊接设备厂商专门为大圆柱电池研发了专用解决办法。像联赢激光去年推出4680大圆柱电池高速转塔焊接技术。高速转塔焊接台配备联赢激光自主研制的转塔机构。还拥有飞行焊接技术。能解决焊接难题。也能解决自动化难题。2024年，联赢激光完成了4695圆柱电池焊接机的研发。还完成了五合一焊焊接机的研发。五合一焊焊接机能满足圆柱电池不同焊接工序的激光焊接需求。它可实现高速焊接。
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