市场分析
4680电池的全面量产是否即将启动?
时间:2022-02-28 14:51  浏览:300
  2月19日,特斯拉发布推文称,今年1月在加州工厂生产了第100万块4680电池。在看好特斯拉的人眼里,尽管数量不大,但这标志着4680电池正式进入了量产阶段,且预计特斯拉即将开始交付搭载4680电池的新型Model Y。
  
  据了解,每辆ModelY大约需要1000个4680电池,100万个4680电池仅够生产约1000辆Model Y。
  
  由此可见,一百万块电池的生产对产业链来说只是个开始,想要推动产业变革,自产外的采购必不可少。目前,特斯拉正在美国加利福尼亚州、德克萨斯州、内华达州,以及德国柏林的四个超级工厂自产4680电池。同时,松下等企业也计划于2023年开始为特斯拉供货。而在国内产业链方面,宁德时代等多家头部企业也已投入4680电池量产布局,力求全方位加速推进4680电池产线建设。
  
  那么,这是否意味着4680电池的全面量产即将启动?是否又代表了磷酸铁锂电池高景气度的降温?4680电池又与其他的电池有何不同?真正火起来,动了谁的蛋糕呢?
  
  4680电池全面量产即将启动?
  
  4680电池的量产进度一直是符合预期的,从最开始难以直视的72%的良率,到后来在松下等电池厂商的不懈研发和规划下达到80%,再到如今的90%左右几乎符合量产要求的良率,可见特斯拉和各大电池厂商对4680大圆柱电池的重视。
  
  但是,从这次特斯拉官宣的4680电池量产情况来看,完全量产并全面装车特斯拉旗下的各类主力车型仍不现实,尚需要一段时间。
  
  根据特斯拉官方信息,加利福尼亚州的试点工厂在1月份生产了100万块4680电池,1个月1000万块4680电池电芯相对于特斯拉的产销率来看只是杯水车薪,这还是4680电池减少了单个电池包电池电芯数量的情况下。
  
  由于4680电池本身体积变大,内部活性物资的容量也变大,所以带来了单个电池包的电芯的减少,此前一代的1860圆柱电池需要7200+个电芯,二代2170圆柱电池有所进步,只需要4400+个电芯,到如今三代的4680电池更是量级上的减少,仅仅只需要950个电芯,但即使如此,100万块4680电池电芯也仅仅满足1050辆特斯拉汽车的需求,与特斯拉每个月数十万辆的产销量相比的确短时间内难以做到全面覆盖。
  
  以特斯拉目前4680电池勉强符合量产最低标准90%良率的水平和1个月100万块4680电池电芯的产量水平来看,以及特斯拉在2022年要求全力扩大产能的目标来看,短时间内特斯拉或只做到部分车型的试安装和少量车型覆盖,特斯拉或将根据旗下不同的车型和版本来逐步进行搭配。
  
  最先能够采用4680电池的车型,除了特斯拉自己说的率先搭载4680电池的将是德州工厂的特斯拉Model Y,就是产销量相对较低的高端车型Model S, Model X和研发中的Cybertruck,以及对能量密度要求较高的Semi等大车型。
  
  4680电池哪些方面实现了优化?
  
  2020年,在特斯拉的电池日活动上,马斯克首次推出新型4680电池。4680电池以其尺寸命名,是一款直径46毫米、高80毫米的圆柱体电池,是21700电池体积的5.48倍。
  
  根据特斯拉公布的数据来看,4680电池的续航里程提升了16%、功率输出提升6倍、能量提升5倍。这款电池的变革升级体现在4个层面。
  
  首先,这款电池增大了尺寸。这一款由更大尺寸命名的电池,相比特斯拉现有21700电芯的直径21mm,高70mm,在尺寸上增加了约40%。
  
  特斯拉声称,对于圆柱形电池而言,直径46mm是结合了高能量密度和高功率密度的最佳选择。
  
  第二,4680采用了硅碳负极材料。这是一种理论上能量密度比传统石墨负极更高的材料,采用硅负极材料的锂电池质能密度可提高8%以上,体能密度则可达到提升10%以上。
  
  并且,由于石墨负极的电压十分接近锂的沉积电位,硅基负极材料相比之下有更好的安全性。硅材料来源广泛、成本低廉,普通人对硅原料甚至可以通俗地理解为沙子,这不失为一种十分环保的原料。
  
  然后便是无极耳技术(也称全极耳)的采用,也是特斯拉正在申请的新专利。当前的电池普遍采用“果冻卷设计”, 这是一种将阴极、阳极和隔板卷在一起,通过阴极耳和阳极耳连接到电池容器的正极和负极端子的设计。
  
  但这种设计下的电阻会随着续航距离的增加而提高,且极耳作为额外零件的存在增加了成本和制造难度。
  
  而无极耳技术是一种新型的电池制造方法,其核心设计理念是通过去掉极耳零件,将正负极集流体与盖板/壳体直接连接,从而成倍增大电流传导面积、缩短电流传导距离。同时大幅降低电池内阻,减少发热量延长电池寿命,并提高充放电峰值功率。
  
  不是烟雾弹,特斯拉的4680大电池来了
  
  最后,干电极技术树立了动力电池新标准。传统电池需要先放置在NMP等有毒且昂贵的溶液中,然后再干燥并压成薄膜。
  
  而干电极技术则省去了放置溶液的步骤和干燥的过程,通过将活性正负粒子与聚四氟乙烯(PTFE)混合,使其原纤化,再将粉末直接碾压成薄膜,压在铝或铜的原材料上。这一工艺相对简单,且生产速度更快。
  
  不仅节约了传统方法带来的溶剂开支和覆膜机成本,同时解决了溶剂中的锂和碳若不能融合所带来的容量损失的问题。从而提高了约5%的电池能量密度。
  
  磷酸铁锂即将落幕?
  
  4680电池的量产落地其实并不让人意外,作为特斯拉主推的动力电池类型,不仅特斯拉自家的动力电池厂商在进行研究和产能建设,几乎全球排名靠前的所有的动力电池厂商如宁德时代、松下、LG新能源、亿纬锂能等等都在为4680电池的到来做着准备,但是4680电池的量产并不代表磷酸铁锂电池的落幕。
  
  首先,特斯拉在2021年已经多次在不同场合表示磷酸铁锂电池将是特斯拉旗下车型的重要配套电池,而且从具体行动上,特斯拉无论是和动力电池龙头企业宁德时代签订的长达4年的供应锂离子动力电池产品的大额订单,还是市场传闻与在磷酸铁锂电池领域名列前茅的电池厂商比亚迪签订的刀片电池供应合同,特斯拉所需要的动力电池类型都是磷酸铁锂电池。
  
  总的来说,特斯拉将进行双轨运行——4680电池和磷酸铁锂电池,特斯拉将针对不同的车型以及同类车型不同的版本采用不一样电池,4680电池和磷酸铁锂电池两者之间完全不存在任何冲突,对目前特斯拉在国内磷酸铁锂电池的电池供应商更是不会有任何的影响。
  
  其次,特斯拉在2021年以高达93.6万辆的销量,连续4年成为全球最畅销新能源车企的冠军,旗下特斯拉Model 3和特斯拉Model Y也成为全球销量TOP3里面的成员,在2022年,由于产品供不应求的特斯拉表示将不推出新车型而是选择全力扩产能,这意味着在2022年突破百万销量大关只是一个开始,全年销量达到150万辆也不是没有可能。
  
  但是特斯拉要如目标一般扩大产能达到销量预期,以目前4680电池的量产效率显然是无法实现,换而言之,磷酸铁锂电池仍将充当主力。
  
  最后,4680电池本身其实数字只是代表一种电池尺寸,并不是一种三元锂电池的独有技术,单纯从材料本身来说没有突破性的变化,就像比亚迪的刀片电池,所以某种程度上来说使用磷酸铁锂正极材料作为4680大圆柱电池的正极材料也不是不可以,只是为了达到4680电池预设的高能量密度所以预期会采用三元正极材料。
  
  所以,小编认为,4680电池并不挤占磷酸铁锂电池的份额。磷酸铁锂电池仍将是特斯拉旗下车型标准版的主要选择方向,而车型的其他长航版和高性能版本或将采用三元锂电池,并逐步从2170圆柱电池向4680电池转换。
  
  4680能否“火”起来
  
  在《46800电池,终结燃油时代?》中,我也说过,国内有人很快就跟进了46800电池。这家企业就是江汽集团(原江淮汽车)。对应的供应商是比克电池。而且,按照江淮技术负责人的说法,46800电池是会“结束油车时代”的存在。
  
  为什么呢?特斯拉46800电池的无极耳架构设计,对提高可制造性有着直接助益。某新能源主机厂热管理工程师说过:“相比于性能的提升,个人认为取消极耳的设计对于行业的变革是颠覆性的,对于电池热管理来说,发热的减少也意味着电池液冷系统的设计可能都不需要了。”
  
  当然,有一点需要指出的是,4680电池的能量密度其实并没有提高多少,根据计算,大致为283Wh/kg左右(电池重量能量密度=电池容量×放电平台电压/重量,基本单位为Wh/kg)。考虑到其他的技术改进,4680电芯的总容量应能达到30Ah,能量密度能达到300Wh/kg。
  
  江淮技术负责人表示,“4680电池推出来以后,对我们行业的所有电芯是个推动。这个规格出来以后,它的体积、能量密度,以及它的工艺,这个组合重组以后,拿这个电芯就可以做续航600km的一款小车(A0级和A00级)。而标准的A级车(用4680电池)可以做到800~1000公里。”
  
  看起来,特斯拉的46800电池会是一个典型的“破坏性技术”例子。作为一种技术创新,其技术产品是以往未曾有过的、完全新兴的事物。而对于传统车企而言,破坏性技术在一开始往往针对的是一个无法检测的区域,它不能满足传统规模的增长需求和强大的制造能力,这对传统车企的决策构成了挑战。
  
  目前国内跟进4680电池的,也只有江汽集团思皓新能源。虽说9月初传出了特斯拉开始在国内寻找4680电池合作厂商的消息,目标电池供应商有宁德时代和LG化学,以及亿纬锂能等。但是,亿纬锂能做了否认。
  
  否认不等于不搞4680电池。就在九月初,以色列电池初创公司StoreDot宣布,已经成功生产出第一款4680电池,只需10分钟即可充满电,比特斯拉还快5分钟。而且,根据该公司的新闻稿,“(4680)电池样品目前正在公司在中国的制造伙伴亿纬锂能公司的生产线上加紧生产。”
  
  这是“身体很诚实”呀。而据国内媒体36氪报道,宁德时代的4680电池研发在加快节奏,项目名称叫“金箍棒”。此外,LG化学也接连研发了4680、4690等电池,希望再次进入特斯拉供应链。
  
  从江汽集团来说,今年2月1日,与CBAK能源科技(改名前的比克电池)签署了一项为期三年的联合产品开发战略协议。根据协议,CBAK能源科技将根据江淮的技术要求,为动力电池和电池组提供定制化方案,双方还将联合开发4680锂电池及电池组。
  
  CBAK成立于2001年8月,现在叫做中比能源科技股份公司。2006年纳斯达克上市,成为中国第一家在美国上市的锂电池企业。签约后,如果46800电池2022年量产,应该会应用在思皓新能源的车上。
  
  不管怎么说,4680电池以超越业内预计的速度进入量产阶段,对于原有的电池产业格局是有冲击的,而且突破里程焦虑后,对于燃油车和电动车的格局都是具备冲击作用的。毕竟,国内车企主要的应用在软包和方壳锂电池上。而按照特斯拉年销100万辆指日可待的趋势来看,4680电池或许很快将成为各大车企心仪刀片电池那样的新宠。
  
  那么,最后一个问题就是,如果4680“火”起来,谁最慌呢?
  
  本文来源:金融界,华尔街见闻,汽车公社
日期: 2022-02-28
标签: 电池 标志
 
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