电池制造走向数字化-1

近期，宁德时代宣布，从2026年开始，将陆续在全球和中国市场为宝马“新世代”车型架构的纯电车型供应圆柱电池，再度将大众的视线聚焦到大圆柱电池上。9月中旬，特斯拉宣布，其所有工厂已生产出第1亿块4680电池，此时距其宣布第5000万颗下线仅过了3个多月。虽然这并非其2020所宣称的“完整”版的4680电池。但最新消息是，特斯拉正在开发四种干法 正极4680电池变体，预计将于2026年推出。圆柱电池相关文章阅读：Rivian发布R2电动SUV，搭载4695圆柱电芯特斯拉4680电池是如何设计的？Cybertruck电池拆解之二自从埃隆·马斯克在2020年的特斯拉电池日（Tesla battery Days）上宣布未来将使用新型4680型电池以来，这种新型圆柱形电池掀起了一股真正的热潮。虽然这种直径为46毫米、长度为80毫米的电池迄今为止只在特斯拉的 Model Y 和 Cybertruck 汽车上使用过，但越来越多的人表达了对它的兴趣，并宣布使用它，尤其是来自汽车行业。除了特斯拉作为先行者，宝马、蔚来和通用汽车等OEM已经宣布他们打算在未来使用该电池系统。与此同时，电池制造商的领域也在扩大，它们正在创造生产能力，或者至少旨在建立制造能力。LGES希望今年扩大其在韩国奥昌的样品生产线，松下希望扩大其在日本和歌山的大规模生产线。制造商三星SDI和BAK也在进行试点生产，作为宝马的合格供应商，CATL和EVE Energy已经签订了建造超级工厂的合同。据不完全统计，目前国内布局大圆柱电池的企业，包括宁德时代、亿纬锂能、远景动力、鹏辉能源、国轩高科、多氟多、中比新能源、博力威、比克电池、创明新能源在内，已经超过20家。其中，亿纬锂能（46系列）、多氟多（60系列）、国轩高科（32系列）等企业大圆柱电池已经装车。在汽车行业，这种电池被寄予厚希望：高功率密度和快速充电能力，更有效地集成到电池组或汽车底盘中，以及由于圆柱形电池的典型制造工艺更简单而具有成本优势。尽管与18650和21700等其他圆柱形电池格式相比，这种电池类型可以被描述为“大圆柱”，但与最新一代的方形电池相比，它在尺寸和电池容量方面仍然比较小。例如，一个46毫米高80毫米的电池，其内部体积约为120毫升。因此，对于OEM来说，使用新的圆柱形电池可能仍然需要相对较高的集成工作。然而，与此同时，电池组的机械和电气设计具有灵活性：例如，蔚来和宝马已经宣布他们打算在未来使用800V架构。如此高的系统电压不太可能在串联连接中实现，因为单个电池的数量很少，特别是大尺寸电池。使用新的4680圆柱形电池，即使并联3到5个电池，在典型的电池组中也可以实现高系统电压。“大圆柱”电池设计的特点除了特斯拉最初宣布的4680电池外，其他规格也在讨论中，从40毫米到120毫米不等。原则上，不同的材料组合和电极设计是可能的。根据最初的拆解报告，特斯拉似乎在第一代电池中使用了NMC811（含80%Ni的NCA）和石墨的组合，这种材料系统可以被认为是当今最先进的。然而，电池设计的新亮点可能是干法涂布获得的厚电极（相关阅读）。我们假设的电极组合由100微米厚的石墨阳极和85微米厚的NMC811阴极组成，结果电极长度约为3.5米，阳极或铜箔作为最外层可能长约20厘米。电池的平均电压略低于3.7 V，这是这些材料的典型特征，电池的容量约为25 Ah，能量密度略低于700 Wh/l或250 Wh/kg。因此，该电池肯定能够达到已知的21700电池的能量范围，但仍略低于它。这主要是由于阳极和阴极活性材料的重量。如果没有在阳极中添加氧化硅，或者没有之前在21700电池中使用的NCA材料的高比容量，活性材料的可实现容量就会降低。干法涂布工艺的使用在多大程度上导致硅添加剂的遗漏尚不清楚。与NCA相比，成本因素或平衡阳极和阴极的优势可能有利于使用NMC811。新的电池设计在集流体和隔膜的重量上更小。尽管电池钢外壳的壁厚从300µm增加到600µm，但相对于21700到4680之间的存储容量，这种重量贡献几乎保持不变，如图2所示。“大圆柱”电池壳体介绍圆柱电池多采用具有较强物理稳定性的钢材作为外壳材质。为了防止钢材与电池正极活性材料发生反应从而发生氧化。需要进行镀镍处理以保护钢材。大圆柱壳体材料需由小圆柱的后镀镍转换为预镀镍钢基带。预镀镍工艺则是在电池壳体冲压之前就进行对钢基带进行镀镍，这种工艺相比后镀镍的优势就是可以更加准确的控制镀层的厚度最大限度的实现轻量化，还可以大大提升冲压后电池壳的一致性（主要表现在电压）、耐腐蚀性、气密性等关键指标，所以目前高端圆柱电池采用的都是预镀镍的技术工艺。预镀镍钢壳的优势是相对于后镀镍而言，后镀镍的主要劣势是钢壳滚镀过程中内壁靠近底部位置的镀层很低，一般在0.1 至0.3μm，有的甚至低于0.1μm，而且同一生产厂商相同位置的镍层厚度波动很大，在存储或使用过程中会导致电池的性能衰减严重。相较于后镀镍工艺，预镀镍工艺对高速连续预镀镍的生产设备、电镀液配方、扩散退火温度参数以及钢带平整技术等方面均对生产厂家有着更为严苛要求。同时，凭借着产品优异的焊接、力学性能、耐腐蚀性能以及良好镀层的均匀性等优势，预镀镍工艺广泛应用于新能源汽车、高端电动工具等领域。目前，国内外主流锂电池生产厂商均已由后镀镍转化为预镀镍，预镀镍工艺成为行业主流趋势。整个产业链来看，上游钢基带厂商主要包括宝钢股份，新日铁，东洋钢板等。中游预镀镍钢带主要包括新日铁，东洋钢板，TCC， Tata，以及国内的江苏威金迈等。下游电池壳冲制厂商包括科达利，东山精密等。“大圆柱”电池预镀镍玩家1、新日铁根据新日铁资料，新日铁通过冷轧－清洗－镀镍－连续退火等工艺制备出预镀镍产品（SUPERNICKEL），可以广泛应用在电池壳和一些高端家用电器中。根据公司资料，通过热处理后，显微镜的断层照片可以看出，SUPERNICKEL（ 预镀镍） 层较为均匀， 且经过60 分钟的盐水浸泡实验， 新日铁的SUPERNICKEL（预镀镍）钢板制成的电池表现出更好的制造后耐腐蚀性。2、东洋钢板东洋钢钣通过融合长年积累的独特的表面处理技术以及轧制技术，可根据客户的实际需求，为客户生产出能最大程度发挥镍的特性的高性能镀镍钢板。3、江苏威金迈江苏威金迈科技有限公司是一家集板带产品功能研发、生产、销售于一体的新材料科技型企业，主要致力于对一些电池核心材料的“卡脖子”技术进行攻关研发；通过与上下游企业深度合作，对原料化学成分进行个性化定制，实现对炼钢、热轧、冷轧、电镀和合金化等洁净钢生产工艺、尺寸公差和材料性能的精准控制。工艺及产线方面，据介绍，威金迈采用一流的镍层电镀工艺，可根据客户用途和使用要求，提供专业化的产品解决方案。可实现单面0-10μm镍层定制，双面镀层可等差可厚差;可定制产品规格为：厚度0.2-1.2mm，宽度600-1250mm。工艺产线以标准化作业为导向，生产高度自动化、质量稳定，可持续大批量生产，交货时间短，成本极具竞争优势。此外，其工厂运用自动检测、数字孪生、影像识别、MES系统、ERP系统、人工智能等先进技术，实现全流程信息化、自动化、智能化和绿色化管控，旨在打造用户信得过的全流程一贯制智慧工厂。产能方面，据介绍，威金迈公司建设有年产30万吨新能源电池壳专用材料(预镀镍板带)高端智能绿色工厂，总投资20亿元，占地面积236亩，建设厂房及办公楼约18.5万平方米。配置高速连续立式电镀镍机组、合金化连续退火机组、轧平机组、重卷-纵剪综合机组，以及相配套的供配电、公辅系统等。2025年初将具备年产21万吨的生产能力。威金迈致力于成为电镀镍行业的领航者、生态圈的整合者，助力新材料的技术进步，为我国加快预镀镍材料国产化替代进程、跻身“新材料”强国行列贡献自身的力量。威金迈持续推动工艺技术创新，运用自动检测、数字孪生、影像识别、MES系统、ERP系统、人工智能等先进技术，实现全流程信息化、自动化、智能化，打造用户信的过的智慧工厂。威金迈可根据用户需求定制不同钢带厚度/宽度、钢带内径，以及不同镀镍层后的高品质产品。威金迈的钢带产品不仅应用于电动汽车大圆柱电池的壳体，还可以应用于电动自行车、储能、电动工具等场景。同时，威金迈的薄规格高强预镀镍合金钢带还可以替代铝板，在生产、设计、安全和碳排放等方面更具优势。对比国内外预镀镍钢带行供应商，江苏威金迈具有如下竞争优势：首先，威金迈拥有稳定的资金链且投入规模庞大。威金迈公司建设有年产30万吨新能源电池壳专用材料(预镀镍板带)高端智能绿色工厂，总投资20亿元。雄厚的资金实力保障着企业的持续发展，无论是研发新技术、引进先进设备，还是拓展市场，能从容应对各种挑战。再者，威金迈专门为预镀镍电池钢打造了两条全球最大的专用产线。经过精心设计与优化，在生产工艺、产品精度等方面独具优势，确保能高效、稳定地产出高品质的预镀镍钢带，满足市场对专业化产品的需求。第三，威金迈储备了庞大的技术研发团队，通过对炼钢、热轧、冷轧、电镀和退火等关键工艺的融会贯通，积累了多项核心技术国家专利，所生产的产品质量获得了40多家业内客户的一致认可。展望未来，威金迈更是雄心勃勃，立志成为全球最大的预镀镍钢板生产企业。凭借持续的投入与创新，不断扩大生产规模，提升产能，向着这一宏伟目标稳步迈进。4、东方电热东方电热成立于1992年，2011年成功登陆创业板。2016年，公司收购江苏九天51%股权，进军光通信材料领域和预镀镍领域，通过收购兼并的方式快速切入预镀镍赛道。2022年，东方电热加大预镀镍项目投入，“年产2万吨锂电池预镀镍钢基带项目”进展顺利，伴随产能释放，4680加速发展，公司分别于2022 年6 月和9月与金杨股份、东山精密签订战略合作协议。5、甬金股份公司前身兰溪甬金不锈钢有限公司始创于2003年 8 月，成立初期，公司专注于精密冷轧不锈钢板带生产；随着精密冷轧不锈钢板带生产工艺的积累和技术装备自主设计研发水平的提高，公司准确把握不锈钢市场发展机遇，先后于2010年和2014年投资设立江苏甬金和福建甬金，将主营业务拓展至宽幅冷轧不锈钢板带生产领域。甬金股份在夯实主业的情况下，也积极加码布局预镀镍产业，有望于2024年开始贡献业绩增量。“大圆柱”电池市场需求预测据起点研究院（SPIR）测算，到2025年中国新能源汽车领域对圆柱电池的需求量将达到17.5GWh、全球电动工具对圆柱锂电池的需求将达到31.7GWh、全球家储及便携式储能需求5.61GWh、全球两轮车对圆柱锂电池的需求将达到7.1GWh、全球清洁电器需求5.31GWh、全球平衡车领域需求2.1GWh。全极耳圆柱电池在小动力、动力以及储能等领域快速渗透，而大圆柱则会是未来几年内最重要的增长点。无论是从出于摆脱中国电池供应链依赖考量，还是车企使用习惯，抑或是已签的大圆柱电池供货订单来看，海外大圆柱电池装车速度都将快于国内市场。大圆柱电池曾于2021年~2023年都被誉为“行业风口”，被定义为大圆柱电池量产“元年”。行至2025年，随着各家电池厂规划的量产时间到来，大圆柱产业链上下游的关键决战即将启幕。以上是笔者对于“大圆柱”电池的一些信息整理，希望对感兴趣的小伙伴有所帮助。小明来电⚡为你充电，我们下期再见，拜拜~来源：小明来电