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马斯克画的“饼”,竟让中国企业先“烙”出来了?

时间:2021-07-23 11:29  来源:未知  作者:编辑部

  特斯拉还没量产的新产品——4680电芯,要被电池企业抢先量产了。

  去年9月,马斯克在特斯拉电池日上骄傲的发布了新一代动力电池——4680电芯。

  相比2170电芯,4680电芯的能量原来的5倍,输出功率是原来的6倍,能让搭载它的电动车拥有16%的额外续航,电芯价格却下降了14%。因为参数令人印象深刻,4680电芯一经发布就引起了全球汽车和电池产业的密切关注。

  不过因为技术难度较高,因此马斯克也表示该电芯需要3年后才能量产装车,颇有一丝PPT造电池的意味。

  但就在吃瓜群众们逐渐放弃了对4680电芯的期待之时,中日韩三国的电池企业们却集体跳了出来:有的宣布要入局造4680电芯、有的表示已经造出了样品,更有甚者直接带着4680样品参加了电池展览…

  一场4680电芯量产争夺战显然已经在中日韩三国的动力电池企业之间打响。

  一、4680能革了油车的命 特斯拉引起新一轮电池竞赛

  去年9月,特斯拉举行了万众瞩目的电池日活动。这次活动上马斯克隆重介绍了特斯拉即将采用的4680电芯。

  所谓4680电芯,指的是一种外部直径为46mm、高度为80mm的圆柱电芯。相比特斯拉正在广泛使用的直径为21mm、高度为70mm的2170圆柱形电芯,4680电芯的能量是2170电芯的5倍,充放电功率是后者的6倍,能比后者提供额外16%的续航里程。

  ▲特斯拉4680电池性能表现出色

  需要注意的是,这里的5倍是指单个电芯的能量是以前的五倍,不是能量密度达到以前的5倍。事实上,经过计算,4680电芯的体积大约是2170电芯的5.5倍。也就是说,就算电池技术上毫无进展,单纯地把2170电芯撑大,也能让电芯能量增大5倍。

  但特斯拉是不会为了这种小把戏专门举行电池日活动的,4680电芯另有其独特的核心优势。

  这个核心优势就是无极耳设计。

  要想弄明白无极耳好在哪,就要先认清“有极耳”的不足在哪。

  圆柱形电池的制造方式往往是将阴极、阳极都压缩成薄片,两层薄片中间加入隔板,然后将整体卷在一起形成圆柱。而这样制成的“电池”还不能与导线或用电器连通,人们需要在阴阳极上各加入一个小的金属片,这个名为“极耳”的金属片就是电子流入、流出电池的窗口。

  不过,极耳的尺寸往往非常小,当电流一直沿着阴极或阳极流到极耳并流出电池时,电阻也会随着距离的增加而相应提高。此外,将小小的极耳焊接在卷成一卷的阴阳极压缩板上也不是件容易的事情,这会导致生产成本高、用时长,对于厂家的技术要求也不算低。

  而无极耳设计的核心设计理念是通过正负极集流体与盖板/壳体直接连接,成倍增大电流传导面积、缩短电流传导距离,从而大幅降低电池内阻。某种意义上来说,这种设计也可被称为全极耳设计。

  ▲无极耳设计能大大缩短电子流动路径(图片来源:才神SaaS,原文作者:詹姆斯鱼)

  正是由无极耳设计带来的超低电阻,让4680电芯的充放电功率达到了2170电芯的6倍之高,而充放电功率高就意味着性能释放做得好、充电速度快。

  外媒InsideEVs报道,专业人士在经过模拟分析后发现,假设一辆Model 3将2170电池改为4680电池,在85华氏度(约合29.4摄氏度)环境温度下,将电池电量从10%充到80%只需15分钟。如果用户着急走,将电量从10%充到50%只要7分钟,这样的充能速度已经几乎与油车无异。

  也就是说,这款电池能够切实缩短充电时间,提高电车用户满意度。

  ▲外媒分析,4680电池让电车充电速度堪比油车加油速度

  更让人惊讶的是,马斯克表示更加简洁、对加工要求更低的无极耳设计让4680电芯的每千瓦时成本下降了14%。再结合生产工艺、电极材料、车身整合等方面的优化,4680电池的每千瓦时成本比2170电池低56%。

  ▲特斯拉方面表示4680电池的每千瓦时成本将降低56%

  当下,不少人不愿意买电动车的原因可能主要就集中在充电慢和车价高这两点上。而在特斯拉祭出4680电池这个大杀器后,这两个问题可能都将得到解决。

  不夸张地讲,如果说特斯拉已经用智能电动车对油车产业造成了强烈冲击,那么这次特斯拉就是要用4680电池革了油车的命。

  唯一点让人感到遗憾的是,马斯克宣布4680电池可能还需大概3年才有可能全面投产。

  不少人听到这一消息后心都凉了,不过电池供应商们看到的却是巨大的商机。

  往小了说,4680电池能让充电速度更快、切实提高车主的用车满意度,间接提高特斯拉电动车销量;往大了说,4680电池配套的生产流程更加先进,能让4680电池的每千瓦时成本下降约一半,间接提高特斯拉及其供应商的利润率。

  这样看来,投产4680电池是一本万利的生意。越先拿出4680电池成品的企业就越有可能获得来自特斯拉的青睐和大批订单,结果就是名利双收。而获得特斯拉的青睐和订单对任何企业来说都是绝好的宣传,有了特斯拉这块金字招牌背书,其他客户、更多订单将接踵而至,进一步提升企业的名望和利润。

  更关键的是,按照马斯克所言,他们还有大约三年的准备时间,不可谓不充分。

  于是乎,来自中国、日本、韩国的多家电池供应商纷纷投身4680电池的研发,以便将来傍上特斯拉这棵摇钱树。

  二、日韩三杰志向高 可惜都没拿出来

  第一个站出来表态的就是特斯拉的老合作伙伴松下。

  早在去年10月份,松下首席财务官梅田博和就在公司内部的一次简报会上表示,松下已经开始为给特斯拉生产4680电芯做准备了。

  不仅如此,松下还计划增设一条4680电池生产线,部署于特斯拉在内华达设立的生产电池的超级工厂里,预计2021年年初开始进行4680电池的试产。

  这条生产线不仅是特斯拉方面用来试制4680电池的工具,也是扩充产能的好帮手。梅田还表示,这条生产线能够让内华达工厂的电池年产量提升约10%,达到39GWh。

  在今年1月份的中国电动汽车百人会论坛上,松下集团代表董事专务、中国东北亚公司总裁CEO本间哲朗表示,松下正在开发论证高稳定性、高安全性的4680电池。

  到了今年2月份,梅田终于承认松下的4680电池就建设在了特斯拉内华达超级工厂里,这条生产线将从今年4月1日开始为特斯拉生产4680电池。

  可惜的是,在这之后,松下官方好像就没有再提起过4680电池了,目前也没有权威渠道透露松下的4680电池计划进展如何。由此看来,松下的雄心壮志好像更多还停留在口头上。

  正所谓你方唱罢我登场,就在今年2月份松下“哑火”了之后,特斯拉的另一位老朋友LG Energy Solution(以下简称LG ES)也宣布加入4680电池争夺战。

  LG ES是特斯拉的现任电池供应商之一,目前主要任务是为中国市场提供2170电池,但显然它的野心不止于此。

  据《韩国先驱报》报道,同样在今年2月份,韩国的证券经纪商Meritz Securities出具了一份报告。报告显示,LG ES有望成为“全球首个完成4680 电池量产并将其提供给客户的企业”。

  不过车东西并没有找到这份报告的原文件,Meritz Securities官网上也没有关于LG ES的文件可供下载。

  当地时间今年3月10日,又是这个《韩国先驱报》发表了一篇文章,文章表示LG ES正在寻求机会去抢特斯拉的4680电池订单。

  在同一篇报道中,《韩国先驱报》还表示,据知情人士透露,早在去年第三季度的一次电话会议中,LG ES就表示有20多个客户跟自己签订了“大电池”订单,这种电池的能量是以前的5倍,功率是以前的6倍。

  虽然知情人士没透露电池的技术细节,但《韩国先驱报》根据上面的描述推断,这种电池就是特斯拉想要的4680电池。

  今年3月份,路透社的一篇报道称LG ES要在美国建立电池工厂,不过地点和投资金额未知。一位知情人士表示这座工厂就是专门用来生产4680电池的,但这一消息并未得到验证。

  可以看出,有关LG ES的4680电池计划的消息中大多数都是从《韩国先驱报》传出来的,而且《韩国先驱报》自己也对消息来源讳莫如深。这不得不让人有些怀疑上述信息的真实性。

  经过4、5、6月连续三个月的的沉寂后,4680电池行业仿佛终于有了新的、实质性的进展。

  当地时间7月10日,推特网友Whole Mars Catalog(以下简称WMC)发布了一张图片,图片上,这个电池包的壳体印满了人们的签名,旁边还有两只手正在签名。

  ▲推特网友发布的所谓4680电池包签名仪式照片

  WMC对这张图片的描述是 “Tesla workers sign the first structural pack with 4680 cells”(特斯拉工人们在第一个基于4680电芯打造的结构化电池包上签字),并在评论区表示4680电池对于特斯拉的意义之重大不亚于FSD。

  这张图被业内外人士疯传之后,推特网友纷纷留言询问这张图的出处,也有网友询问电池的技术细节以及拍摄地位置。不过,小部分细心的网友认为仅从图片上根本看不出来电池包里面是什么电芯。

  WMC表示自己是从reddit上看到这张图的,reddit上原图作者给出的图注是“4680 pack signing ceremony”(4680电池包签字仪式)。他也不知道里面到底是不是4680电芯,只是看着高兴就转载了。他还劝诫网友们,网络上的信息本就真假难辨,大家别太认真。

  巧合的是,现在去谷歌搜索关键词“reddit 4680 pack signing ceremony”已经找不到原图了。

  ▲推特网友WMC表示自己并未对照片涉及到的信息进行查证

  当人们的心情跌落谷底时,居然又是《韩国先驱报》带来了一丝曙光。

  当地时间7月13日,《韩国先驱报》发表文章称,三星SDI和LG ES都已经完成了4680电池的试制,且都已经把样品及其技术规格发送给了供应商客户。

  在谈及4680电池产业时,《韩国先驱报》向来对信息来源遮遮掩掩,报道出来的消息也很少得到全文认证,不少人本来并没有对这家媒体太过信服。

  好消息是,又有一家电池巨头加入到了4680电池争夺战里。

  这篇文章中,《韩国先驱报》指出早在今年3月份三星SDI的CEO兼总裁姜永晛就表示他们正在研发一种比2170更大的电池,但他拒绝透露这种新电池的规格;到了4月,三星SDI方面终于透露这种电池比2170大但比4680小。另外,新电池的研发得到了现代汽车的大力支持。

  或许是想明白了以自己的影响力还不足以为整个动力电池行业制定规则,到了今年7月份三星SDI终于不再头铁,表示将投身4680电池的研发。不仅如此,他们还计划在美国Sun Belt地区建立专门的4680电池工厂。

  所谓Sun Belt太阳带,是指贯穿美国南部与西南部的一块条状区域,人们普遍认为这一区域内的地方都处于北纬36度线以南,横跨阿拉巴马州、亚利桑那州等十多个大州。

  值得指出的是,加利福尼亚州、得克萨斯州和内华达州都在这一区域内,而这三个地区都有特斯拉的超级工厂。外媒推测,如果三星SDI是冲着特斯拉的订单来的,那么在这三个州建立工厂是比较合适的。不过,目前三星SDI并未表示他们会选哪个州建立电池工厂。

  综上所述,松下、LG ES和三星SDI三家企业都想抢特斯拉的订单,也都想在美国建立专门的4680电池工厂。

  然而到目前为止还没有证据证明他们已经拿出实物了,各自的建厂计划好像也暂时停留在嘴上(除了松下在内华达超级工厂里增设的一条试制生产线)。

  乐观点想,至少现在为了4680电池玩命的企业越来越多,对这种电池的发展终究不是坏事。

  三、中国暂时取得领先 至少三家企业拿出实物参展

  当外媒的目光只聚集在海外电池巨头身上时,他们往往会忽略一个事实,那就是中国早有企业拿出4680电池实物了,而且这家企业甚至都不是在他们耳熟能详的宁德时代。

  国内最早拿出4680电池中国企业恐怕要数比克电池了。2021年3月19日,中国国际电池技术展览会(CIBF 2021)在深圳开幕,比克电池携带多种规格的电池实物参展,其中就包括4680电池。

  ▲比克电池三位高管携多种电池亮相CIBF 2021展,展品中包括4680电池

  比克电池副总裁李丹在接受采访时透露,4系列(直径46mm电芯产品)目前主要是定制产品,客户可以与比克电池进行联合开发、制定电池的具体参数,而非定制化的量产版本大约会在2022年年底面世。

  对比克电池来说,推出4680电池颇有些“无心插柳柳成荫”的意味。

  比克电池的电芯研发负责人樊文光接受采访时表示,从2019年下半年到2020年上半年,比克电池尝试制造过很多种不同尺寸的圆柱电池。除了已经成熟的18650和2170电池外,比克电池还探索过直径为26mm和32mm两个电池体系,试制出来成品的高度在70mm~140mm之间。

  只不过,当特斯拉在去年9月宣布下一代电池将是4680电池后,比克电池才后知后觉地意识到自己的方案之一与特斯拉不谋而合。

  ▲比克电池4680电池展品

  至于无极耳路线的选定就更是让人感叹无巧不成书了。

  比克电池首席科学家林建表示,早在2019年他们就意识到了无极耳设计、或者说全极耳设计的重要性。方形电池续航长、寿命长、阻抗低,就是因为它采用了全极耳设计。圆柱电池要想跟方形电池拼性能,也必须要走全极耳路线。

  某种角度上讲,比克电池甚至比特斯拉还更早意识到4680无极耳电池的应用前景,毕竟特斯拉的无极耳电池相关专利申请是在2020年5月才递交的。只不过,比克电池当时还准备了很多方案,并没有选定4680电池这一种方案。

  国内搞出4680电池的企业可不止比克电池一家。在2021上海车展上,亿纬锂能也将自家的4680电池带上了展台。

  亿纬锂能基础材料与技术研究室主任冀亚娟在接受采访时表示,亿纬锂能布局的是46800和46950两个大圆柱电池。公司在2023年后会逐步将大圆柱电池进行市场推广,预计2023时年产能达到20GWh,2024年达到40GWh。

  ▲亿纬锂能4680电池展品

  可以看到,虽然亿纬锂能好像比比克电池晚了几个月才将4680电池成品带上展台,但前者似乎更愿意将这款产品的性能指标告知公众。

  介绍牌显示,这款电池标称电压为3.61伏,标称容量至少为26安时,经计算其能量值至少为94瓦时。而特斯拉2170电池的标称电压为3.7伏,标称容量为4800毫安时,经计算其能量值约为17.76瓦时。这样对比下来,亿纬锂能4680电池的总能量达到了特斯拉2170电池能量的5.3倍,符合特斯拉提出的“能量是原来的5倍”的描述。

  不过,亿纬锂能4680电池的10%~80%充电时间需要20分钟,比外媒推算的特斯拉4680电池的充电时间多5分钟。虽然外媒的推算结果可能并不准确,但降低电池内阻、提升充电速度恐怕还是亿纬锂能未来的目标。

  同样带着4680电池展品登陆上海车展的还有力神电池。不过车东西没能找到更多关于力神4680电池的信息,只是找到了其他媒体在现场拍到的照片。

  ▲亿纬锂能4680电池(左)和力神4680电池(右图左一)(图片来源见水印)

  不管怎么说,目前已经有三家中国企业带着4680电池成品参加了大型展会。而且,未来可能还会有更多企业加入进来。

  蜂巢能源董事长兼CEO杨红新曾表示,4680大圆柱电芯在设计和生产工艺上的创新是值得赞许的,这样的创新不仅能显著增强电池的性能,还能答复降低成本。他认为,以4680电池为代表的大圆柱电池有着广阔的市场,蜂巢能源可能会在2021年入局。

  结语:4680电池市场态势仍不明朗

  当马斯克说出预计3年之后4680电池才能量产的时候,人们可能没预料到仅仅不到1年后就有企业扬言抢特斯拉的订单了。对业内人士来说,看到如此多的企业能够如此积极地投身到汽车行业电气化转型中,肯定是感到欣慰的。

  不过,目前这些企业中,大部分都还没有拿出4680电池的实物。外媒对于大多数企业的报道也只是停留在哪位高管说了哪些话而已。

  相比之下,我国企业好像在这条赛道上取得了暂时的领先。今年3月19日,比克电池率先携4680电池成品参加了中国国际电池技术展览会。不久之后的4月19日,亿纬锂能和力神电池也带着自家的4680电池成品参加了上海车展。

  中国对于汽车电气化转型的支持力度有目共睹,不少中国企业也都铆足了劲为汽车节能减排和2060碳中和计划贡献力量。

  或许,就是在这样的环境下,中国企业才能在4680争夺战中暂时取得领先吧。

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