“為我們一月份生產(chǎn)的第100萬(wàn)塊4680電池慶祝！”日前，特斯拉在海外社交平臺(tái)twitter宣布了這一消息，這意味著其布局良久的4680電池技術(shù)在大規(guī)模量產(chǎn)路上又前進(jìn)了一大步。
據(jù)了解，特斯拉4680電池最早在2020年9月下旬舉行的“電池日”上得以披露，彼時(shí)特斯拉ceo埃隆·馬斯克將其視為電池技術(shù)上的“巨大的突破”。
顧名思義，4680電池以尺寸命名，是一款直徑為46mm、高度為80mm的圓柱型電池。那么，相比于現(xiàn)有的圓柱形電池，4680電池的突破點(diǎn)體現(xiàn)在哪些方面？除了特斯拉外，相關(guān)動(dòng)力電池企業(yè)是否有布局？這一全新的電池技術(shù)，距離大規(guī)模量產(chǎn)還需要多久？
三大創(chuàng)新技術(shù)，特斯拉4680電池性能、成本更優(yōu)
在動(dòng)力電池封裝形式的選擇應(yīng)用上，國(guó)內(nèi)大部分車(chē)企主要使用方形電池，國(guó)外主要是軟包電池，而特斯拉是為數(shù)不多大規(guī)模使用圓柱型動(dòng)力電池的車(chē)企，從最早期model s上使用的1865電池，到目前model 3和model y上使用的2170電池，再到此次量產(chǎn)的4680電池，均為圓柱型。
從特斯拉的電池命名可見(jiàn)，相較于前兩代電池，新一代4680電池在直徑和高度上都增加了不少。不僅如此，相較于2170電池，4680電池的容量可以提升5倍，同等電池包下整車(chē)?yán)m(xù)航里程提升16%，此外每千瓦成本下降14%。
也就是說(shuō)，4680大圓柱電池可以極大程度減少單個(gè)電池包電池電芯數(shù)量。根據(jù)相關(guān)數(shù)據(jù)測(cè)算，此前一代的1860圓柱電池需要7200+個(gè)電芯，第二代2170圓柱電池需要4400+個(gè)電芯左右，如今的4680大圓柱電池僅僅只需要950-1000個(gè)電芯。
在業(yè)界看來(lái)，特斯拉4680電池在產(chǎn)品性能上取得的巨大突破，與其在電芯結(jié)構(gòu)和電池材料等方面的創(chuàng)新密不可分。
據(jù)了解，在電芯結(jié)構(gòu)方面，特斯拉4680電池采用了無(wú)極耳(即全極耳)技術(shù)，傳統(tǒng)電池有兩個(gè)極耳，分別連接正極與負(fù)極，無(wú)極耳則直接從正極/負(fù)極上剪出極耳，縮短了極耳間距的同時(shí)還增加了極耳面積。也正是基于這一技術(shù)，體積更大的4680電池才有效地解決了高能量密度電芯的散熱問(wèn)題。
民生證券指出，4680電池采用新型無(wú)極耳技術(shù)可實(shí)現(xiàn)降本增效，無(wú)極耳技術(shù)一方面增大了電流傳導(dǎo)面積、縮短電流傳導(dǎo)距離，大幅降低電池內(nèi)阻；內(nèi)阻降低可以減小電流偏移現(xiàn)象，延長(zhǎng)電池壽命；電阻減小還可降低熱量產(chǎn)生，電極導(dǎo)電涂層和電池端蓋的有效接觸面積可達(dá)到100%，能提升散熱能力。
在電池材料上，4680采用了硅碳負(fù)極材料。這是一種理論上能量密度比傳統(tǒng)石墨負(fù)極更高的材料，采用硅負(fù)極材料的鋰電池質(zhì)能密度可提高8%以上，體能密度則可達(dá)到提升10%以上。同時(shí)，由于石墨負(fù)極的電壓十分接近鋰的沉積電位，硅基負(fù)極材料相比之下有更好的安全性。且硅材料來(lái)源廣泛、成本低廉，是一種環(huán)保原料。
另在電池生產(chǎn)工藝上，特斯拉4680電池采用的干電極技術(shù)，樹(shù)立了動(dòng)力電池新標(biāo)準(zhǔn)。據(jù)了解，傳統(tǒng)電池需要先放置在nmp等有毒且昂貴的溶液中，然后再干燥并壓成薄膜。而干電極技術(shù)則省去了放置溶液的步驟和干燥的過(guò)程，通過(guò)將活性正負(fù)粒子與聚四氟乙烯(ptfe)混合，使其原纖化，再將粉末直接碾壓成薄膜，壓在鋁或銅的原材料上。這一工藝相對(duì)簡(jiǎn)單，且生產(chǎn)速度更快。
且值得一提的是，干電極技術(shù)不僅節(jié)約了傳統(tǒng)方法帶來(lái)的溶劑開(kāi)支和覆膜機(jī)成本，同時(shí)解決了溶劑中的鋰和碳若不能融合所帶來(lái)的容量損失的問(wèn)題，從而提高了約5%的電池能量密度。
諸多電池廠商跟進(jìn)，4680電池有望成為重要技術(shù)路線
在汽車(chē)電動(dòng)化的發(fā)展進(jìn)程中，續(xù)航里程、成本一直是制約純電動(dòng)汽車(chē)快速實(shí)現(xiàn)市場(chǎng)全面滲透的重要因素。且自2021年以來(lái)，動(dòng)力電池原材料遭遇多次漲價(jià)，讓車(chē)企增效降本的需求愈發(fā)強(qiáng)烈，而在性能、成本、安全方面更具優(yōu)勢(shì)的4680大圓柱電池成為車(chē)企的重要選項(xiàng)之一。
據(jù)悉，除了特斯拉自身推出4680電池外，包括保時(shí)捷、寶馬、江淮、東風(fēng)等車(chē)企也有意或者已經(jīng)與電池企業(yè)共同推動(dòng)大圓柱電池的開(kāi)發(fā)，希望未來(lái)應(yīng)用到相關(guān)車(chē)型上。有相關(guān)業(yè)內(nèi)人士透露，保時(shí)捷、寶馬正聯(lián)合一些電池供應(yīng)商開(kāi)發(fā)大圓柱電池，但規(guī)格型號(hào)尚未確定。江淮汽車(chē)新能源汽車(chē)研究院電池系統(tǒng)部技術(shù)副總監(jiān)秦李偉曾透露，目前江淮汽車(chē)正在進(jìn)行基于46系列的全新平臺(tái)進(jìn)行規(guī)劃，未來(lái)將開(kāi)發(fā)46800/46105系列電芯，并實(shí)現(xiàn)整包c(diǎn)tp。
在此背景下，松下、寧德時(shí)代、lg新能源、億緯鋰能等動(dòng)力電池企業(yè)均開(kāi)始積極布局4680電池。
日前，松下表示，預(yù)計(jì)今年4月開(kāi)始試生產(chǎn)4680電動(dòng)汽車(chē)電池，之后該公司還打算在松下大阪總部附近的和歌山縣進(jìn)行進(jìn)一步試產(chǎn)，不過(guò)正式大規(guī)模量產(chǎn)的時(shí)間和地點(diǎn)尚未確定。同時(shí)松下電器首席財(cái)務(wù)官hirokazu umeda表示：“當(dāng)我們真正能夠交付4680時(shí)，我們計(jì)劃將優(yōu)先滿足特斯拉。”
億緯鋰能相關(guān)負(fù)責(zé)人近日表示，公司4680電池廠房正在建設(shè)中，合作方不方便透露。億緯鋰能曾公開(kāi)表示，公司已完成大圓柱電池戰(zhàn)略布局，包括4680和4695兩大型號(hào)，預(yù)計(jì)2023年產(chǎn)能釋放20gwh，2024年達(dá)到40gwh。
比克電池在2021年3月對(duì)外展示了自主研發(fā)的4680電芯。比克首席科學(xué)家林建表示，比克已與客戶合作進(jìn)行全極耳大圓柱電池的應(yīng)用開(kāi)發(fā)，預(yù)計(jì)將于2023年開(kāi)始批量化生產(chǎn)。據(jù)比克電池透露，目前公司正與國(guó)際知名車(chē)企進(jìn)行大圓柱電池的聯(lián)合開(kāi)發(fā)。
東吳證券表示，大圓柱電池在能量密度和生產(chǎn)成本方面存在巨大優(yōu)勢(shì)，未來(lái)有望成為一種重要的技術(shù)路線。
提升良品率是當(dāng)務(wù)之急，大規(guī)模裝車(chē)或在2023年
不過(guò)，4680大圓柱電池雖好，但是這一新技術(shù)從實(shí)驗(yàn)室走出到最終大規(guī)模量產(chǎn)裝車(chē)，中間需要克服的難題還有很多，首先擺在眼前的就是良品率問(wèn)題。
通常來(lái)說(shuō)，動(dòng)力電池大規(guī)模應(yīng)用的良品率基準(zhǔn)線為90%，如果良品率在80%以下，則大規(guī)模量產(chǎn)沒(méi)有經(jīng)濟(jì)性。從特斯拉來(lái)看，其自2020年9月推出4680電池以來(lái)，就開(kāi)始在美國(guó)加利福尼亞州弗里蒙特工廠試制。通過(guò)過(guò)去一年的努力，特斯拉4680電池的良品率才從最初的20%提升至80%。
有分析指出，4680電池良品率難以提高的原因仍與其整體結(jié)構(gòu)有關(guān)。其整體結(jié)構(gòu)是：一層隔膜，兩端分別有一層銅箔和鋁箔做負(fù)極和正極，但膜在卷繞過(guò)程中容易發(fā)生正負(fù)極微短路，當(dāng)自放電流大到一定程度，就會(huì)產(chǎn)出不良品；從電池內(nèi)部構(gòu)造來(lái)看，采用的魚(yú)鱗涂覆技術(shù)在涂覆不均的時(shí)候，也會(huì)影響良品率；此外全極耳與集流盤(pán)或殼體的連接需要采用面焊技術(shù)，相較于傳統(tǒng)兩個(gè)極耳的點(diǎn)焊，焊接工序和焊接量都變多，激光強(qiáng)度和焦距不容易控制，易焊穿燒到電芯內(nèi)部或者沒(méi)有焊，造成產(chǎn)品不合格。
一個(gè)好的消息是，在最新的2022年1月22日的產(chǎn)品檢測(cè)里，特斯拉弗里蒙特工廠14 條試生產(chǎn)線的4680電池良品率最終達(dá)到了92%，這也助推了特斯拉第100萬(wàn)塊4680電池的成功量產(chǎn)下線。不過(guò)，相較于2170 電芯早已達(dá)到99%的行業(yè)良品率現(xiàn)狀，4680電池還有很大的提升空間。業(yè)界普遍認(rèn)為，短期內(nèi)，4680良品率達(dá)到95%左右將是一個(gè)很好的數(shù)字。
如此也就不難理解，在上述各企業(yè)公布的4680等型號(hào)大圓柱電池的量產(chǎn)時(shí)間線來(lái)看，多數(shù)企業(yè)將大圓柱電池批量生產(chǎn)的時(shí)間定2023年。
此次，特斯拉第100萬(wàn)塊4680電池的量產(chǎn)下線，對(duì)該產(chǎn)業(yè)來(lái)說(shuō)應(yīng)該是一個(gè)良好的開(kāi)端，未來(lái)隨著更多電池廠商的相繼入局，4680電池的良品率有望不斷提升。中信證券研報(bào)認(rèn)為，目前特斯拉4680電池已實(shí)現(xiàn)量產(chǎn)，有望引領(lǐng)產(chǎn)業(yè)變革。當(dāng)前主流電池廠紛紛跟進(jìn)，預(yù)計(jì)2023年迎來(lái)爆發(fā)。屆時(shí)，這一全新的電池技術(shù)將對(duì)現(xiàn)有電池市場(chǎng)帶來(lái)怎樣的沖擊與變革，值得期待。
原標(biāo)題：產(chǎn)量突破百萬(wàn)，特斯拉引領(lǐng)4680電池時(shí)代加速到來(lái)？