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馬斯克畫的「餅」,竟讓中國企業先「烙」出來了?



[車東西*作者:克克*編輯:曉寒]

特斯拉還沒量產的新產品——4680電芯,要被電池企業搶先量產了。

去年9月,馬斯克在特斯拉電池日上驕傲的發布了新一代動力電池——4680電芯。

相比2170電芯,4680電芯的能量原來的5倍,輸出功率是原來的6倍,能讓搭載它的電動車擁有16%的額外續航,電芯價格卻下降了14%。因為參數令人印象深刻,4680電芯一經發布就引起了全球汽車和電池產業的密切關注。


不過因為技術難度較高,因此馬斯克也表示該電芯需要3年後才能量產裝車,頗有一絲PPT造電池的意味。

但就在吃瓜群眾們逐漸放棄了對4680電芯的期待之時,中日韓三國的電池企業們卻集體跳了出來:有的宣布要入局造4680電芯、有的表示已經造出了樣品,更有甚者直接帶着4680樣品參加了電池展覽…

一場4680電芯量產爭奪戰顯然已經在中日韓三國的動力電池企業之間打響。


一、4680能革了油車的命 特斯拉引起新一輪電池競賽

去年9月,特斯拉舉行了萬眾矚目的電池日活動。這次活動上馬斯克隆重介紹了特斯拉即將採用的4680電芯。

所謂4680電芯,指的是一種外部直徑為46mm、高度為80mm的圓柱電芯。相比特斯拉正在廣泛使用的直徑為21mm、高度為70mm的2170圓柱形電芯,4680電芯的能量是2170電芯的5倍,充放電功率是後者的6倍,能比後者提供額外16%的續航里程。




▲特斯拉4680電池性能表現出色

需要注意的是,這裡的5倍是指單個電芯的能量是以前的五倍,不是能量密度達到以前的5倍。事實上,經過計算,4680電芯的體積大約是2170電芯的5.5倍。也就是說,就算電池技術上毫無進展,單純地把2170電芯撐大,也能讓電芯能量增大5倍。

但特斯拉是不會為了這種小把戲專門舉行電池日活動的,4680電芯另有其獨特的核心優勢。

這個核心優勢就是無極耳設計。


要想弄明白無極耳好在哪,就要先認清「有極耳」的不足在哪。

圓柱形電池的製造方式往往是將陰極、陽極都壓縮成薄片,兩層薄片中間加入隔板,然後將整體卷在一起形成圓柱。而這樣製成的「電池」還不能與導線或用電器連通,人們需要在陰陽極上各加入一個小的金屬片,這個名為「極耳」的金屬片就是電子流入、流出電池的窗口。


不過,極耳的尺寸往往非常小,當電流一直沿着陰極或陽極流到極耳並流出電池時,電阻也會隨着距離的增加而相應提高。此外,將小小的極耳焊接在捲成一卷的陰陽極壓縮板上也不是件容易的事情,這會導致生產成本高、用時長,對於廠家的技術要求也不算低。

而無極耳設計的核心設計理念是通過正負極集流體與蓋板/殼體直接連接,成倍增大電流傳導面積、縮短電流傳導距離,從而大幅降低電池內阻。某種意義上來說,這種設計也可被稱為全極耳設計。




▲無極耳設計能大大縮短電子流動路徑(圖片來源:才神SaaS,原文作者:詹姆斯魚)

正是由無極耳設計帶來的超低電阻,讓4680電芯的充放電功率達到了2170電芯的6倍之高,而充放電功率高就意味着性能釋放做得好、充電速度快。

外媒InsideEVs報導,專業人士在經過模擬分析後發現,假設一輛Model 3將2170電池改為4680電池,在85華氏度(約合29.4攝氏度)環境溫度下,將電池電量從10%充到80%只需15分鐘。如果用戶着急走,將電量從10%充到50%只要7分鐘,這樣的充能速度已經幾乎與油車無異。

也就是說,這款電池能夠切實縮短充電時間,提高電車用戶滿意度。



▲外媒分析,4680電池讓電車充電速度堪比油車加油速度

更讓人驚訝的是,馬斯克表示更加簡潔、對加工要求更低的無極耳設計讓4680電芯的每千瓦時成本下降了14%。再結合生產工藝、電極材料、車身整合等方面的優化,4680電池的每千瓦時成本比2170電池低56%。




▲特斯拉方面表示4680電池的每千瓦時成本將降低56%

當下,不少人不願意買電動車的原因可能主要就集中在充電慢和車價高這兩點上。而在特斯拉祭出4680電池這個大殺器後,這兩個問題可能都將得到解決。

不誇張地講,如果說特斯拉已經用智能電動車對油車產業造成了強烈衝擊,那麼這次特斯拉就是要用4680電池革了油車的命。

唯一點讓人感到遺憾的是,馬斯克宣布4680電池可能還需大概3年才有可能全面投產。

不少人聽到這一消息後心都涼了,不過電池供應商們看到的卻是巨大的商機。


往小了說,4680電池能讓充電速度更快、切實提高車主的用車滿意度,間接提高特斯拉電動車銷量;往大了說,4680電池配套的生產流程更加先進,能讓4680電池的每千瓦時成本下降約一半,間接提高特斯拉及其供應商的利潤率。


這樣看來,投產4680電池是一本萬利的生意。越先拿出4680電池成品的企業就越有可能獲得來自特斯拉的青睞和大批訂單,結果就是名利雙收。而獲得特斯拉的青睞和訂單對任何企業來說都是絕好的宣傳,有了特斯拉這塊金字招牌背書,其他客戶、更多訂單將接踵而至,進一步提升企業的名望和利潤。

更關鍵的是,按照馬斯克所言,他們還有大約三年的準備時間,不可謂不充分。

於是乎,來自中國、日本、韓國的多家電池供應商紛紛投身4680電池的研發,以便將來傍上特斯拉這棵搖錢樹。


二、日韓三傑志向高 可惜都沒拿出來

第一個站出來表態的就是特斯拉的老合作夥伴松下。

早在去年10月份,松下首席財務官梅田博和就在公司內部的一次簡報會上表示,松下已經開始為給特斯拉生產4680電芯做準備了。

不僅如此,松下還計劃增設一條4680電池生產線,部署於特斯拉在內華達設立的生產電池的超級工廠里,預計2021年年初開始進行4680電池的試產。

這條生產線不僅是特斯拉方面用來試製4680電池的工具,也是擴充產能的好幫手。梅田還表示,這條生產線能夠讓內華達工廠的電池年產量提升約10%,達到39GWh。


在今年1月份的中國電動汽車百人會論壇上,松下集團代表董事專務、中國東北亞公司總裁CEO本間哲朗表示,松下正在開發論證高穩定性、高安全性的4680電池。

到了今年2月份,梅田終於承認松下的4680電池就建設在了特斯拉內華達超級工廠里,這條生產線將從今年4月1日開始為特斯拉生產4680電池。


可惜的是,在這之後,松下官方好像就沒有再提起過4680電池了,目前也沒有權威渠道透露松下的4680電池計劃進展如何。由此看來,松下的雄心壯志好像更多還停留在口頭上。

正所謂你方唱罷我登場,就在今年2月份松下「啞火」了之後,特斯拉的另一位老朋友LG Energy Solution(以下簡稱LG ES)也宣布加入4680電池爭奪戰。

LG ES是特斯拉的現任電池供應商之一,目前主要任務是為中國市場提供2170電池,但顯然它的野心不至於此。


據《韓國先驅報》報導,同樣在今年2月份,韓國的證券經紀商Meritz Securities出具了一份報告。報告顯示,LG ES有望成為「全球首個完成4680 電池量產並將其提供給客戶的企業」。

不過車東西並沒有找到這份報告的原文件,Meritz Securities官網上也沒有關於LG ES的文件可供下載。

當地時間今年3月10日,又是這個《韓國先驅報》發表了一篇文章,文章表示LG ES正在尋求機會去搶特斯拉的4680電池訂單。

在同一篇報導中,《韓國先驅報》還表示,據知情人士透露,早在去年第三季度的一次電話會議中,LG ES就表示有20多個客戶跟自己簽訂了「大電池」訂單,這種電池的能量是以前的5倍,功率是以前的6倍。


雖然知情人士沒透露電池的技術細節,但《韓國先驅報》根據上面的描述推斷,這種電池就是特斯拉想要的4680電池。

今年3月份,路透社的一篇報道稱LG ES要在美國建立電池工廠,不過地點和投資金額未知。一位知情人士表示這座工廠就是專門用來生產4680電池的,但這一消息並未得到驗證。

可以看出,有關LG ES的4680電池計劃的消息中大多數都是從《韓國先驅報》傳出來的,而且《韓國先驅報》自己也對消息來源諱莫如深。這不得不讓人有些懷疑上述信息的真實性。

經過4、5、6月連續三個月的的沉寂後,4680電池行業仿佛終於有了新的、實質性的進展。

當地時間7月10日,推特網友Whole Mars Catalog(以下簡稱WMC)發布了一張圖片,圖片上,這個電池包的殼體印滿了人們的簽名,旁邊還有兩隻手正在簽名。




▲推特網友發布的所謂4680電池包簽名儀式照片

WMC對這張圖片的描述是 「Tesla workers sign the first structural pack with 4680 cells」(特斯拉工人們在第一個基於4680電芯打造的結構化電池包上簽字),並在評論區表示4680電池對於特斯拉的意義之重大不亞於FSD。


這張圖被業內外人士瘋傳之後,推特網友紛紛留言詢問這張圖的出處,也有網友詢問電池的技術細節以及拍攝地位置。不過,小部分細心的網友認為僅從圖片上根本看不出來電池包裡面是什麼電芯。

WMC表示自己是從reddit上看到這張圖的,reddit上原圖作者給出的圖注是「4680 pack signing ceremony」(4680電池包簽字儀式)。他也不知道裡面到底是不是4680電芯,只是看着高興就轉載了。他還勸誡網友們,網絡上的信息本就真假難辨,大家別太認真。

巧合的是,現在去谷歌搜索關鍵詞「reddit 4680 pack signing ceremony」已經找不到原圖了。




▲推特網友WMC表示自己並未對照片涉及到的信息進行查證

當人們的心情跌落谷底時,居然又是《韓國先驅報》帶來了一絲曙光。

當地時間7月13日,《韓國先驅報》發表文章稱,三星SDI和LG ES都已經完成了4680電池的試製,且都已經把樣品及其技術規格發送給了供應商客戶。

在談及4680電池產業時,《韓國先驅報》向來對信息來源遮遮掩掩,報道出來的消息也很少得到全文認證,不少人本來並沒有對這家媒體太過信服。


好消息是,又有一家電池巨頭加入到了4680電池爭奪戰里。

這篇文章中,《韓國先驅報》指出早在今年3月份三星SDI的CEO兼總裁姜永晛就表示他們正在研發一種比2170更大的電池,但他拒絕透露這種新電池的規格;到了4月,三星SDI方面終於透露這種電池比2170大但比4680小。另外,新電池的研發得到了現代汽車的大力支持。

或許是想明白了以自己的影響力還不足以為整個動力電池行業制定規則,到了今年7月份三星SDI終於不再頭鐵,表示將投身4680電池的研發。不僅如此,他們還計劃在美國Sun Belt地區建立專門的4680電池工廠。


所謂Sun Belt太陽帶,是指貫穿美國南部與西南部的一塊條狀區域,人們普遍認為這一區域內的地方都處於北緯36度線以南,橫跨阿拉巴馬州、亞利桑那州等十多個大州。

值得指出的是,加利福尼亞州、得克薩斯州和內華達州都在這一區域內,而這三個地區都有特斯拉的超級工廠。外媒推測,如果三星SDI是衝着特斯拉的訂單來的,那麼在這三個州建立工廠是比較合適的。不過,目前三星SDI並未表示他們會選哪個州建立電池工廠。


綜上所述,松下、LG ES和三星SDI三家企業都想搶特斯拉的訂單,也都想在美國建立專門的4680電池工廠。

然而到目前為止還沒有證據證明他們已經拿出實物了,各自的建廠計劃好像也暫時停留在嘴上(除了松下在內華達超級工廠里增設的一條試製生產線)。

樂觀點想,至少現在為了4680電池玩命的企業越來越多,對這種電池的發展終究不是壞事。


三、中國暫時取得領先 至少三家企業拿出實物參展

當外媒的目光只聚集在海外電池巨頭身上時,他們往往會忽略一個事實,那就是中國早有企業拿出4680電池實物了,而且這家企業甚至都不是在他們耳熟能詳的寧德時代。

國內最早拿出4680電池中國企業恐怕要數比克電池了。2021年3月19日,中國國際電池技術展覽會(CIBF 2021)在深圳開幕,比克電池攜帶多種規格的電池實物參展,其中就包括4680電池。




▲比克電池三位高管攜多種電池亮相CIBF 2021展,展品中包括4680電池

比克電池副總裁李丹在接受採訪時透露,4系列(直徑46mm電芯產品)目前主要是定製產品,客戶可以與比克電池進行聯合開發、制定電池的具體參數,而非定製化的量產版本大約會在2022年年底面世。

對比克電池來說,推出4680電池頗有些「無心插柳柳成蔭」的意味。

比克電池的電芯研發負責人樊文光接受採訪時表示,從2019年下半年到2020年上半年,比克電池嘗試製造過很多種不同尺寸的圓柱電池。除了已經成熟的18650和2170電池外,比克電池還探索過直徑為26mm和32mm兩個電池體系,試製出來成品的高度在70mm~140mm之間。

只不過,當特斯拉在去年9月宣布下一代電池將是4680電池後,比克電池才後知後覺地意識到自己的方案之一與特斯拉不謀而合。




▲比克電池4680電池展品

至於無極耳路線的選定就更是讓人感嘆無巧不成書了。

比克電池首席科學家林建表示,早在2019年他們就意識到了無極耳設計、或者說全極耳設計的重要性。方形電池續航長、壽命長、阻抗低,就是因為它採用了全極耳設計。圓柱電池要想跟方形電池拼性能,也必須要走全極耳路線。

某種角度上講,比克電池甚至比特斯拉還更早意識到4680無極耳電池的應用前景,畢竟特斯拉的無極耳電池相關專利申請是在2020年5月才遞交的。只不過,比克電池當時還準備了很多方案,並沒有選定4680電池這一種方案。

國內搞出4680電池的企業可不止比克電池一家。在2021上海車展上,億緯鋰能也將自家的4680電池帶上了展台。

億緯鋰能基礎材料與技術研究室主任冀亞娟在接受採訪時表示,億緯鋰能布局的是46800和46950兩個大圓柱電池。公司在2023年後會逐步將大圓柱電池進行市場推廣,預計2023時年產能達到20GWh,2024年達到40GWh。




▲億緯鋰能4680電池展品

可以看到,雖然億緯鋰能好像比比克電池晚了幾個月才將4680電池成品帶上展台,但前者似乎更願意將這款產品的性能指標告知公眾。

介紹牌顯示,這款電池標稱電壓為3.61伏,標稱容量至少為26安時,經計算其能量值至少為94瓦時。而特斯拉2170電池的標稱電壓為3.7伏,標稱容量為4800毫安時,經計算其能量值約為17.76瓦時。這樣對比下來,億緯鋰能4680電池的總能量達到了特斯拉2170電池能量的5.3倍,符合特斯拉提出的「能量是原來的5倍」的描述。

不過,億緯鋰能4680電池的10%~80%充電時間需要20分鐘,比外媒推算的特斯拉4680電池的充電時間多5分鐘。雖然外媒的推算結果可能並不準確,但降低電池內阻、提升充電速度恐怕還是億緯鋰能未來的目標。

同樣帶着4680電池展品登陸上海車展的還有力神電池。不過車東西沒能找到更多關於力神4680電池的信息,只是找到了其他媒體在現場拍到的照片。




▲億緯鋰能4680電池(左)和力神4680電池(右圖左一)(圖片來源見水印)

不管怎麼說,目前已經有三家中國企業帶着4680電池成品參加了大型展會。而且,未來可能還會有更多企業加入進來。

蜂巢能源董事長兼CEO楊紅新曾表示,4680大圓柱電芯在設計和生產工藝上的創新是值得讚許的,這樣的創新不僅能顯著增強電池的性能,還能答覆降低成本。他認為,以4680電池為代表的大圓柱電池有着廣闊的市場,蜂巢能源可能會在2021年入局。


結語:4680電池市場態勢仍不明朗

當馬斯克說出預計3年之後4680電池才能量產的時候,人們可能沒預料到僅僅不到1年後就有企業揚言搶特斯拉的訂單了。對業內人士來說,看到如此多的企業能夠如此積極地投身到汽車行業電氣化轉型中,肯定是感到欣慰的。

不過,目前這些企業中,大部分都還沒有拿出4680電池的實物。外媒對於大多數企業的報道也只是停留在哪位高管說了哪些話而已。


相比之下,我國企業好像在這條賽道上取得了暫時的領先。今年3月19日,比克電池率先攜4680電池成品參加了中國國際電池技術展覽會。不久之後的4月19日,億緯鋰能和力神電池也帶着自家的4680電池成品參加了上海車展。

中國對於汽車電氣化轉型的支持力度有目共睹,不少中國企業也都鉚足了勁為汽車節能減排和2060碳中和計劃貢獻力量。

或許,就是在這樣的環境下,中國企業才能在4680爭奪戰中暫時取得領先吧。(車東西)


台長: 聖天使

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