电池百科 | 4680电池和麒麟电池…

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Q：4680相比于2170、方形、软包等封装模式，工艺改进的亮点？

A：1）全极耳的设计，用铜铝箔来做极耳，涂布的时候，1860、2170、软包、方形的涂布机滚筒左右两侧边缘都是和铜铝箔对齐，正负极材料附着在上面，全极耳式滚筒左侧比下面的正极片、负极片更窄，有几毫米宽度没有涂正、负极料，留白的地方最后经过涂布滚压、烘干、卷绕工艺，卷成大圆柱，用激光切割把上面留白的地方切割开来，没有料的铜铝箔作为正极、负极的极耳，再用揉平设备激光模切把没有料区的地方模切开之后，用揉平设备往圆柱圆心揉45度角，再用激光焊接把极耳全部焊在一起。

2）涂布跟之前不一样，没有把整个负极正极一侧涂满，滚压的时候因为全极耳设计，没有料的空箔带，涂布后烘干（溶剂挥发走），再用滚压机把正极负极压紧，空白地方（铜箔或铝箔）和滚压机接触的表面张力比较大，滚压过程中造成料区掉粉、打皱，影响后面良率、激光焊接、模切工艺，所以需要对没有涂料的边缘空白地方做温度退火处理，表面张力会大大降低，方便后面做滚压、激光模切。

3）最大的不同，激光模切、激光揉平、激光焊接，相对1860、2170，是增加的工艺，之前只有一个极耳或两个极耳，涂布的时候左右两边和极片对齐，涂了一段时间会抬起来，让铜铝箔极片往前空一段距离再涂，中间空的距离用来焊极耳，镍带或铝带作极耳，4680不用焊，铜铝箔做极耳，全极耳工艺需要用激光模切，经过涂布、烘干、滚压、卷绕成圆柱的4680后，最上面最下面都是没有料的空箔，切成5大份，极耳数量比较多，切开后容易散开，需要用揉平设备，往圆柱中心揉45度角，再用激光焊接机把极耳焊接在一起，5大份有很多层，往圆中心弯曲的极耳用激光焊在一起，这个阶段和之前1860、2170、方形、软包都不同，因为方形和软包现在很多是叠片工艺，和卷绕工艺不一样，有些也用卷绕工艺，也和4680也不一样，最大不同是全极耳设计导致涂布、滚压和极耳切割和其他电池工艺区别最大。

Q：4680电池成本的变化？

A：1）相比方形：去年年底统计了价格，比方形单wh成本贵一些，对比基于同样的正极、负极体系，比如正极都用811，负极都用人造石墨，4680成本6毛5／wh，方形6毛／wh，5分钱差距来源于铜铝箔，铜铝箔消耗量比方形更多，全极耳多出来的部分（没有涂料的）全是铜铝箔。此外，设备投资比方形电池高，叠片有也极耳焊接、切割，但远小于4680极耳切割数量，4680激光设备要5台／gwh，方形就1台，换算下来单wh成本贵。

4680可以用能量密度高的硅基负极，纯氧化亚硅容量大概1800mAh／g，人造石墨的容量360mAh／g，硅基容量可以达到石墨容量的5倍，价格只有3倍，去年年底7万一吨高端人造石墨，硅基一吨21万元，换算下来单wh成本下降，方形没有用硅基负极，要用也混不到容量更高的负极，因为圆柱对硅负极膨胀有天然优势，电解液量比方形少，副反应少，钢壳结构更耐硅基膨胀，圆弧形状对硅基在某点的膨胀起分散作用，方形发生膨胀容易鼓起来，给电池系统带来安全隐患。4680正极可以用9系高镍，镍含量很高、活性高，很容易和电解液发生副反应，圆柱本身电解液少，对产气也有承受能力，9系高镍钴含量低，后续成本比8系便宜，能量密度更高。高能量密度正负极匹配4680，成本接近方形6毛／wh的成本，通过材料体系优化成熟，成本会比方形更便宜。

2）跟2170等比：能量密度、成本非常大优势。一个2170电池重量70克，4680电池350克，重量5倍，容量提高到6倍，一个2170电池5Ah，4680电池30Ah，重量能量密度2170电池247wh／kg，4680做到280wh／kg。整车上只需要960个4680电池，特斯拉用的2170-台车要4400个，2170电池包占比面积2.7平米，960个4680占地面积2.57平米（占地面积更小）。电池包容量4000多个2170是82度电，960个4680是95度电，电池包容量提高15％，占地面积下降5％，能量密度比同样的小圆柱提高很多，通过电池数量减少，DMS监控系统、冷却系统都有成本下降。

Q：一二线电池厂在使用高镍和硅碳上能力的差距有多大？麒麟和4680的发展趋势？

A：一二线电池厂目前良率88％左右，比国外低，宁德时代、亿纬锂能的正极用镍含量88的单晶正极，负极混12％-15％氧化亚硅、80％以上是石墨，混出的负极容量550mAh／g。正极用88系单晶，明年Q4量产会用到9系，特斯拉、松下、LG做4680用的9系高镍三元正极，韩国、日本用NCA，特斯拉后续会用二元9系，只含镍和锰。国内差不多，用8系、9系，大部分国内车企用8系单晶（循环更优），镍含量有差别（85-88以上）。

麒麟比4680能量密度高10％，是基于同样正负极体系下去对比，4680换成高镍和硅基负极去比，会更有优势。麒麟在电池包、模组上做优化改进，电池系统上做优化，类似比亚迪做成刀片CTC，麒麟电池是CTP。

Q：高镍正极的标称电压、标称容量有变化吗？材料利用效率？

A：8系、9系的电压和5系、6系相当，高镍三元没有做高电压，电池和石墨、硅负极匹配出的电压在3.6-3.8V。锂离子脱嵌效率（用高镍）：约88％的首次效率。

Q：亿纬锂能、比克以及国际上特斯拉、松下的良率？

A：特斯拉、松下Q1宣布良率90％，国内普遍低，除了亿纬锂能、宁德时代做到88％，比克不到7成，其他家在7成以下。国外生产效率比较低，2170一分钟可以做240个电池，4680能做3-5个，容量是2170的6倍，与1分钟240个2170的生产速率相当要1分钟40个4680，生产效率都偏低，3-5个和40个差距大，主要是揉平设备还没完全自动化，亿纬锂能和先导智能合作，特斯拉和美国企业回去做，日韩和自己国内企业合作。

Q：为什么目前8系4680没做高电压？

A：电解液是较大问题，做高电压对材料要求不是非常高，包覆要求高。

做成高电压电解液要满足要求，5系、6系能实现，8系再做高电压，电解液分解速度会更快，添加剂配方还不成熟，需要时间优化，做到高电压需要电解液体系做好，适用8系、9系高电压。9系可能会用到高电压的，8系是过渡，后续往9系转，终极9系是二元的，只含镍和锰，用这种9系，电压可能达到5V以上（现在4V以上高电压），对电解液的耐分解能力要求更高，是后续发展趋势，目前电解液没有很好，所以高镍没有高电压。

Q：亿纬锂能、宁德时代、比克的产能规划？

A：亿纬锂能在荆门有20GWh大圆柱，在匈牙利买了10GWh大圆柱的土地，后面主要供欧洲车企，现在国内20GWh，未来至少30GWh以上，后续还有铁锂圆柱的产能布局，现在和小鹏电动车有电池合作，后续也会用到大圆柱，亿纬目前30-40GWh产能。

宁德3条大圆柱线，1条线4个GWh，大概12GWh。比克良率还偏低，产能规划10GWh。

Q：未来4680的市占份额？

A：短时间内从良率、生产效率的优化进度看，给特斯拉、宝马送了B样，7月底完成，下半年继续优化良率，国外90％，国内88％（高一点的），明年上半年达到94％的良率，明年做C样测试，23年下半年亿纬锂能计划出10GWh大圆柱，和宝马比较确定，是乐观估计，揉平设备还没完全解决，第二年翻倍。特斯拉2023年计划出几十GWh，后年翻番，后年4680市场60GWh左右，往后接近100GWh。2030年圆柱上到60％份额，在高端车型上量。现在方形占80％以上，软包份额最小，好多车型在放弃软包。方壳预计最终30％以上份额，储能等各方面的量都比较稳定。

Q：一条4680线需要5台模切设备，这个设备多少钱／台？

A：模切设备400万左右，激光焊接设备450万。

Q：4680能量密度提升后，单线能产多少GWh？单线的设备投资？单GWh的设备投资是增大还是变小？

A：一条线年产4GWh，单GWh的设备投资1.6亿元左右。后续设备投资会越来越小，成熟后（良率达到后）电池做大了，卷绕设备更少。投资现在变大，之后会变小，并逐渐趋于稳定。

Q：麒麟电池和圆柱电池在测试或者验证的客户？分别的进展？

A：麒麟主要是电池包（系统）的优化（散热等），在方形乘用车客户上做验证，在做电池包测试。亿纬锂能4680去年9月底送的A样，去年Q4完成A样测试，今年6-7月B样完成测试，下半年优化良率、完善揉平设备自动化，明年Q1做C样，过后就可以出货，B样后一般就可以定点，下半年会有消息出来，基本明年Q4出货。麒麟还在测试，到了B样，明年车企会用到麒麟电池。

客户：大圆柱就是跟特斯拉（4680）、宝马（4695，容量更大），麒麟电池国内车企在做系统测试，如小鹏、蔚来、理想，国外也有在测（用方形的宝马）。

Q：4680的快充能力是什么水平？

A：亿纬锂能和宝马开发的4695，从10％到80％的SOC充电时间10分钟。宁德时代、特斯拉、松下快充时间大概15分钟，4-6C的水平，现在方形在2C左右。

Q：麒麟电池做高镍、硅碳负极相比圆柱有优势吗？

A：麒麟电池是方形电池，方形电池也有在尝试开发硅负极（能量密度提高）。方形电池某个地方发生膨胀的话很容易鼓包，方形电池（硅基）负极容量极限混到400mAh，硅的添加量在3％-5％，圆柱可以做到550mAh。麒麟电池（方形）用的正极，8系没问题，9系会有较大问题，因为9系对电解液的分解更快、更强，方形电池注液系数大于圆柱，更容易发生副分解反应，难度更大，目前没有厂商在方形上用9系。目前4680这种正负极（高镍＋硅基）搭配，麒麟能量密度会比4680低很多。同材料体系下，配合麒麟电池做成系统，能量密度比圆柱电池提升13％左右，但4680使用高镍和硅基负极的话，能量密度可以提高到方形的15％以上。如果同样使用高镍正极、硅基负极，4680能量密度高2％，成本贵一点，后续放量成熟、良率改善后，成本会跟方形（麒麟）接近。

Q：4680电池液冷板的用量是否会减少？

A：相对于小圆柱肯定会减少，小圆柱电池数量更多，一台车要4000多个电池，液冷板用量也更多，且空间布局更不方便。2170-台车电池包占面积2.7平米，4680占面积2.5平米，所以液冷板数量减少。更方形不太好比，方形电池可以做的更大，容量可能比4680还大（比如4680做30Ah，方形做60Ah），冷却性结构铺设没有4680好，30Ah的4680和60Ah的方形液冷板数量相当。除电池外，4680系统成本2毛5／wh，方形也差不多，冷却这块4680有些优势，监控可能比方形弱一些，做成集成系统成本相当，都是2毛5-3毛／wh。

Q：方形负极混了硅负极后最多做到400mAh，圆柱可以做到550mAh，正极一般才300多mAh，负极做这么高有什么用？

A：正极高镍8系200mAh／g，5系、6系150-160mAh／g，只有负极一半不到的容量。负极能量密度做的高，负极极片可以做得更薄，正极厚度和之前没太大变化，但卷绕圈数更多，容量会提高，比如2-3克正极对应1克负极。

Q：快充对电池体系有什么要求？能量密度低一些才能做到快充？

A：快充：1）和正负极材料的粒径大小有关，正极或负极的粒子越小，锂离子脱嵌速度更快，粒子更大的话，锂离子从内部到外部脱的路径很长，快充中间发热、内阻更大。2）和电解液有一定关系，粘度越大，迁移速度会受到影响，也和电解液配方造成粒子迁移的阻抗有关。3）极片越薄快充性能越好，和粒子越小是一个原理，从内到外的迁移速度会更快，但不能太薄，太薄的话能量密度会受影响。

快充性能理论上和负极关系更大，因为正极是脱锂离子，快充时从正极脱出的向负极嵌入，要实现快充，负极的石墨层间距要更大，比如硬碳层间距更大，锂离子进入速度更快，快充性能更好。总结：从材料来说和负极关系更大，从电池设计来说和厚薄关系非常大。

Q：隔膜涂PVDF要多涂1微米，是单面还是双面？

A：在硅负极那面。

Q：4680电池单kWh隔膜用量和5系方形有差别吗？

A：隔膜用量比方形稍微多一点，1GWh用量1500万平左右。方形电池更大，隔膜要盖住料区，防止短路。电池小一些隔膜用量更大一些，每个电池都会比正负极宽一点，如果电池做小了，多出来的部分更多。相同容量的4680和方形，隔膜用量一样。方形容量可能比4680大，容量更大、隔膜用量相应更少。

Q：碳管、炭黑、激光设备的供给格局？

A：碳管：亿纬锂能用的青岛昊鑫和天奈科技、三顺纳米（被卡博特收购）。正极上有部分用青岛昊鑫，碳管管径做的比较长，20-30微米，导电性更好，中间没有断、电子传输连续性好，在正极上起比较大作用，因为负极本身导电性不错，正极需要这种管径长的。负极用的天奈科技，做的管径细，能接近单壁。中科三顺在电动工具、消费类上有些占比，但比这两家要小。动力电池来说，天奈科技占比最大，消费类青岛昊鑫占比最大。亿纬的碳管用量，天奈50％、昊鑫35％、三顺15％。

炭黑：现在大部分（80％-90％）用益瑞石。国产化黑猫、山西的一些炭黑厂家，国内分散性有些问题，和表面官能团有一定关系，氧含量、其他杂原子含量不一样，对分散性有影响，国产化趋势加速，80-90％还是用益瑞石。

激光设备：4680主要是激光模切和激光焊接。激光模切国内大部分用海目星的设备，特斯拉也用海目星的。激光焊接设备，联赢激光用的比较多。大族也做激光设备，后面激光模切可能会有。

Q：DWI工艺在4680中是否可以取代传统工艺（钢壳和铝壳）？

A：斯莱克提出的工艺，制造圆柱钢壳或铝壳，生产效率会更高、降低成本。斯莱克有给亿纬锂能提供1860、2170的小圆柱钢壳，现在4680钢壳要求特殊，外面要镀一层镍。钢壳制造过程种要先把钢切出来，用模具减薄拉伸做成圆柱形，4680需要镀镍，斯莱克之前在1860、2170上用易拉罐技术做出钢壳、铝壳圆柱，但镀镍还不成熟，还在开发钢上镀镍的工艺，一个是减薄拉伸前镀镍，一个是做完钢壳后镀镍，大圆柱上应用DWI 工艺需要等镀镍工艺产业化，下半年会送镀镍4680给亿纬锂能测试，现在还不成熟，后续可能会有优势，4680现在还不能应用。

Q：关于复合集流体，PET铜箔是否适用4680、PET铜箔是否适用快充？会采用吗？

A：都适用，储能、消费，中间是高分子材料，两边镀一层铜箔，重量轻、成本低、安全性高，因为中间不导电，异物刺穿过程中不会发生短路。现在镀铜技术很成熟，但在高分子材料上镀1微米的铜，均匀性不好控制，小批量能稳定，大批量有问题，高分子材料对分子量、柔韧性都有要求，重庆金美和宁德合作PET铜箔。之前测过PET铜箔，容易出现镀铜不均匀、电压击穿、涂布过程中出现打皱、掉粉，后续能够国产化的话（隔膜之前国产化难、现在也国产化了），安全、能量密度高、成本低，优势明显，在各种电池上都有较大应用潜力。对快充没有特别大的影响，PET铜箔比较薄，可能发生不均匀、击穿的问题，不成熟的话快充可能有隐患，后续成熟的话问题不会特别大。4680现在不会用PET铜箔，现在还是用常规铜箔。因为PET铜箔不成熟，4680本身也还不是很成熟，再用不成熟的材料难度更大。

Q：4680的钢壳用科达利的？

A：基本都用科达利的，镀镍工艺比较成熟。壳的价格一分钱-wh左右，占成本比例小，没有提价也没有提高成本占比。之前1860、2170大部分也是用科达利的，也有用其他家的，如斯莱克。斯莱克现在报价便宜10％，但影响不大，因为科达利毛利比较高，可以降价。斯莱克做易拉罐的，锂电池进人晚，客户绑定、规模效应没那么强，可能跟科达利竞争难度较大。