46系大圆柱电池产业化存在的痛点

在特斯拉效应下，46系大圆柱电池引发全球产业界关注，通过结构创新与材料体系，实现更高效制造、更高性能、更低成本来满足电动化的需求，已经成为行业的重要技术路径之一。

站在2023年的时间节点，46系大圆柱行业开始发生两大重要变化。

一是，按照规划，要在今年下半年实现规模化量产的特斯拉，并未达到预期规划，同时包括松下，也传出在产业化中遇到一些问题，甚至一度打算放弃。这说明，46大圆柱产业化进入焦灼的状态。

二是，中国主流电池企业都在推出大圆柱，包括宁德时代、亿纬锂能、中创新航、远景动力、兰钧新能源等都在技术上获得了实质性进展。而且产能扩张方面实质性的进展，包括亿纬锂能，已经加速在海外的落地建厂。

而这背后，来自中国锂电产业产业链的全链条的技术支撑起到了关键作用。目前，围绕核心工艺、设备，一大批中国企业取得了突破性进展，涉及干法电极、电芯（涂布、卷绕、装配）等各个环节。推动大圆柱电池的产业化，中国企业正在提供自己的创新解决方案。

9月15日，高工锂电以“46系大圆柱电池产业化‘闯关’”为主题开展直播活动。活动上，亿纬锂能电池系统研究院副院长徐宇虹博士、兰钧新能源电芯开发总监刘阳博士、逸飞激光副总经理/研发总监冉昌林、上川精密总经理曹国平博士、清研纳科董事长王臣博士、海目星激光卷绕产品开发总监刘宝、逸飞激光产品开发与推广经理孟昌、上川精密研究院院长朱非甲博士进行了分享。

46系大圆柱产业化“痛点”

从技术工艺来看，装备端一直是46系大圆柱产业化的重要掣肘。活动上，演讲嘉宾从各个环节分享了目前46系大圆柱量产存在的痛点与挑战。

兰钧新能源电芯开发总监刘阳博士表示，从产业链来看，目前46系大圆柱产业化面临三大难点：一是终端下决心入场的需求尚未释放，大圆柱生产放量遇阻；二是大圆柱产品性能及制造上尚未完全匹配用户需求；三是高容量原材料、结构件原料来源及规模受限。

尤其在性能制造上还存在不确定性，极耳处理方式上是采用全极耳、模切极耳还是斜切极耳，处理上也包括揉平、压平的工艺；集流盘和极柱、集流盘与壳体/底盖的焊接也是一大棘手难题；在性能方面要完全兑现其潜力还需要在连续快充循环方面、高温存储方面继续下功夫。

逸飞激光产品开发与推广经理孟昌指出，由于生产合格率上不去，生产效率难以提升，关于结构、工艺、材料的探索仍在不断变革探索中，国际上实现大圆柱规模化的量产仍需要很长一段时间。

如：在结构上，特斯拉此前看似“完美”的结构，却无法保证合格率，无法量产，最终不得不修改结构，延缓产品发布日期。在工艺上，对于全极耳成型不再执着于切折工艺，正极恢复使用湿法电极工艺，干电极工艺还只是应用到负极。在材料上，除了高镍三元，还新增了LFP的选择等等。

上川精密研究院院长朱非甲博士表示，采用湿法电极工艺的大圆柱电池对涂布及质量提出了更高的要，包括更高的涂布一致性需求；更窄的削薄区及更小的削薄需求；更多条的陶瓷涂布；更窄的陶瓷涂布区；更高精度的尺寸及对齐度等。这都对涂布模头也提出了更大的挑战。

如：涂布的CPK要求从1.67提升到1.9；一致性要求从±1%提升到±0.5%；要求可信及更高的面密度检测精度；削薄区尺寸要求达到5mm以下，削薄达到5μm以下，以及厚度测量的精确性；从常用的陶瓷涂布区8mm左右缩减到3mm以下；陶瓷的厚度及陶瓷与主浆料的互溶与否需要精确测量；对齐度精度要求从0.5mm到0.3mm。此外，各家4680电池极耳工艺不同，对于尺寸测量要求更加复杂。

海目星激光卷绕产品开发总监刘宝从卷绕端分析表示，目前大圆柱卷绕工艺分为两侧出极耳与同侧出极耳等两种形态，同时存在的痛点包括效率瓶颈、极片对齐、极耳翻折控制、极耳对齐度、整机除尘能力等。

清研纳科董事长王臣博士分析干法电极工艺量产主要面临的挑战，包括：粘结剂的含量与湿法浆料相当，小于2.0%，关乎于内阻；混合粉体的流动性与湿法浆料相当，流沙若水，关乎于成膜速度；粉体直接成膜的速度、宽度与湿法涂布相当，关乎于生产效率；热复合的速度与压力，与湿法电极辊压机相当，关乎于压实密度。

大圆柱最新进展及量产预判

行业嘉宾的一致共识是，46大圆柱规模化量产将由中国企业率先开启，预计今年年底明年年初实现量产。

刘阳博士表示，目前涉及大圆柱电池研发的电池企业及车企已经达到数十家，走得快的电池企业基本已经完成所有的研发动作，并基本解决量产阻碍，等待市场上量的量产，多家企业也将2024年作为大圆柱电池SOP的时间点。

目前，兰钧新能源基于兰钧“双子星”平台打造的“辰星”大圆柱电池，具备极限降阻、飞速传输的特点，DCR降至<1.8 mohm，快充时间减少至15 min，实现充电5min，续航200km。

亿纬锂能电池系统研究院副院长徐宇虹博士表示，亿纬锂能大圆柱电池已进入C样阶段，截止今年6月份，电芯下线数量达到100万支，9月实现翻倍达到200万支，主要得益于大圆柱高效的生产效率。

目前，亿纬锂能的大圆柱生产基地，相比于传统的电芯制造，其大圆柱电池生产制造在线时间缩短至7天，相比传统制造工艺工序减少30%；生产节拍更快，综合生产制造效率相比传统制造产线提升40倍。同时实现低碳生产。

逸飞激光副总经理/研发总监冉昌林表示，根据与客户的配合情况看，部分企业的大圆柱中试线基本已经解决，大圆柱规模放量需要根据下游应用场景的明确化，预计今年年底明年年初会有突破性进展。

上川精密总经理曹国平博士表示，大圆柱在海外产量的时间比较确定，预计2024年将会翻4倍，相比来看目前国内下游市场需求还不明确。另外在上游原材料方面，如硅基负极的量产应用仍存在掣肘。

刘宝认为，46系大圆柱实现大规模放量的前提，是要形成像18650般实现标品化才能将成本优势发挥到极致，才能有更大的市场空间。

破局量产 大圆柱装备创新方案

· 逸飞激光

孟昌在演讲中表示，逸飞激光专注于组装段的智能装备方案，针对于全极耳的新工艺，涵盖了极耳成型、包胶、入壳、集流盘焊接、合盖、封口、氦检等全套工艺流程。单线效率50-300PPM（个/分钟），兼容21/32/34/46/60等全系列圆柱全极耳电芯规格。

核心工艺系统上，逸飞激光在全极耳成型方面针对揉平和切折，提供了两套不同的系统；在集流盘焊接方面，可提供过脉冲激光焊和连续激光焊两种设备路径；电芯的封口设备也可选择激光焊接封口或者机械封口。

同时，为了提高整线的实际生产效率和管理效率，逸飞激光提供的解决方案中单线有超过7000个I/O点，数据量大，数据种类多，基于逸飞的这一套MES系统可以充分进行管理，实现智能排产和自主协调，完成车间级制造执行系统的升级。

· 上川精密

朱非甲博士介绍，基于大圆柱提出的更高的涂布一致性及质量控制需求，基于集团子公司上川精密的模头调节经验+锐奇精测的面密度测量经验+华视智能的软件及AI能力，华视股份推出了全闭环控制涂布系统，已经实现批量交货，在部分现场实现了COV小于0.2的涂布质量。

其中，锐奇精测的1.5*12mm的光斑尺寸+自研的高精度测量传感器+高可靠的测量工作站及电气系统+成熟的测量软件系统，带来了3σ为±0.05g/㎡或±0.05%的重复精度；上川精密基于近10年的垫片设计经验，可以通过垫片设计来实现5mm以内的削薄区及5μm以内的削薄；华视智能的Argusmart测量系统，可以进行分辨率0.025mm的测量，满足0.1mm以下的测量精度。

· 海目星激光

刘宝介绍，海目星激光圆柱切卷一体机率先攻克工艺技术难点，产能效率15PPM（极片长度5.5m），张力波动≤±5%，激光切割速度1.5m/s（全极耳狭缝工艺）。

突破性采用凹凸模设计的专利结构，对极耳进行预折及抚平拍平（经过多次角度逐级成型），并通过6维度DOE技术优化，进一步防止了极耳成型后产生翻折和倒插，保障了卷绕电芯的安全性。

采用CCD与模切闭环控制，使极耳对齐度保持在±5mm以内的精度；新研发测厚与模切闭环控制系统，进一步提升极耳对齐度的控制精度。

· 清研纳科

王臣博士表示，已量产的湿法电极目前面临溶剂NMP引入具有生殖毒性、能耗高、占地面积大等困境，清研纳科目前在干法电极制造拥有的底层技术包括：1、粉体直接成膜技术，2、自支撑膜片与涂炭集流体热复合技术。

2021年10月，清研纳科已建成年产能100万平方米的超级电容器用干法电极生产线。2023年10月，公司将拉通国内首条锂离子电池用干法电极生产线。目前公司与纳科诺尔联合研发的多辊连轧设备采用8辊形式，幅宽达450mm，速度达30m/min。

审核编辑：汤梓红