采訪｜韓永昌、李勤 文｜韓永昌 編輯｜李勤 新能源車企和成本最高的零部件——?jiǎng)恿﹄姵刂g，從未停息過(guò)權(quán)力博弈。雙方公司可能花費(fèi)多達(dá)半年時(shí)間談下新的商務(wù)條款，也可能在談判桌上互拋法務(wù)資源，而創(chuàng)始人們的短信里會(huì)毫不客氣地圍繞“降價(jià)”“減供”等籌碼來(lái)回交鋒。 改變棋局的機(jī)會(huì)很少。例如，在寧德時(shí)代長(zhǎng)期占據(jù)統(tǒng)治地位的三元方形電池領(lǐng)域，4680大圓柱產(chǎn)品是為數(shù)不多的機(jī)會(huì)。 2020 年9月，特斯拉CEO馬斯克宣布：我們將生產(chǎn)一種更為先進(jìn)的圓柱電池，電池單體能量密度提升 5 倍，成本降低 14%，而搭載該電池的電動(dòng)汽車?yán)m(xù)航里程提高 16%。 他同時(shí)給出了一幅宏大的產(chǎn)能版圖：在 2022 年 4680 產(chǎn)能達(dá)到 100GWh，2030 年達(dá)到 3TWh。100GWh是什么概念？如果這個(gè)規(guī)劃實(shí)現(xiàn)，特斯拉在2022年銷售的130多萬(wàn)輛汽車將無(wú)需從外部采購(gòu)一顆電池。而寧德時(shí)代就會(huì)失去第一大乘用車客戶。 這種市場(chǎng)格局重塑的誘惑，沒人抵得住，特斯拉發(fā)布4680之后，LG化學(xué)、松下、億緯鋰能、遠(yuǎn)景動(dòng)力、蜂巢能源等國(guó)內(nèi)外電池廠都跟進(jìn)推出這一產(chǎn)品。“沒有電池公司不做4680。”就連新造車公司蔚來(lái)，也在2022年加入自制4680大圓柱電池陣列，規(guī)劃年產(chǎn)能高達(dá)40GWh。 但時(shí)至今日，對(duì)寧德時(shí)代的顛覆都已流于暢想。蔚來(lái)推遲了自制電池量產(chǎn)，特斯拉幾經(jīng)輾轉(zhuǎn)，去年10月在德州工廠量產(chǎn) 4680 電池，官宣累計(jì)生產(chǎn) 1000 萬(wàn)只。若按每輛車 1000 個(gè)電芯用量計(jì)算，這些電芯只夠 1 萬(wàn)輛車使用，特斯拉不到三天就可以賣完。 雪上加霜的是，5 月初，松下宣布將特斯拉 4680 電池量產(chǎn)時(shí)間推遲至 2024 年，另一家供應(yīng)商 LG 也沒有透露具體量產(chǎn)時(shí)間，只表明計(jì)劃在今年年底之前新建一條 4680 電池產(chǎn)線。 顯然，不管是特斯拉還是一眾電池廠，都在4680電池上折了戟。特斯拉依然從寧德時(shí)代源源不斷地采購(gòu)電池，蔚來(lái)也需要保證后者80%的供貨量。 4680大圓柱電池發(fā)生了什么？它的黃金時(shí)代還能到來(lái)嗎？ 滿足車企的“既要又要”作為動(dòng)力電池出貨量最大的企業(yè)，寧德時(shí)代在業(yè)內(nèi)素有“寧王”之稱。這家公司以方形硬殼電池見長(zhǎng)，也不斷拓展著方形產(chǎn)品的能力邊界。 連續(xù)兩代CTP（電芯到電池包）技術(shù)大幅提升了系統(tǒng)能量密度，去年推出的麒麟電池又采用大面積水冷技術(shù)，將能量密度拉升到255kg/Wh的同時(shí)，兼顧了超快充能力。今年上半年的裝機(jī)數(shù)據(jù)顯示，寧德時(shí)代國(guó)內(nèi)動(dòng)力電池裝機(jī)量為66.03GWh，牢牢占據(jù)市場(chǎng)份額超過(guò)43%。 但圓柱電池是方形之外更早的一個(gè)電池“流派”，其能量密度上限更高，設(shè)計(jì)也更加靈活，適合大規(guī)模生產(chǎn)。2008年，特斯拉就已將松下的18650小圓柱電池裝上車，隨后雙方又合作開發(fā)了21700電池。如今為了更低的成本與更高的能量密度，又升級(jí)至46800電池。 46800電池是一種底部直徑為 46 毫米，高度為 80 毫米的圓柱電池，命名方式與 18650、21700 相同，最后一個(gè)“0”代表圓柱，可以省略。4680 比傳統(tǒng)的 18650 足足大了兩圈，又被業(yè)界稱為大圓柱電池。 大圓柱電池在底部直徑上獲得了統(tǒng)一，而為適應(yīng)汽車的底盤設(shè)計(jì)，高度會(huì)有少量調(diào)整，例如高為95mm的4695大圓柱電池等。 馬斯克對(duì)大圓柱電池寄予厚望，曾表示特斯拉未來(lái)所有的電動(dòng)車型都將使用 4680 大圓柱電池。行業(yè)也為之跟隨。2021 年開始，LG、松下、億緯鋰能、遠(yuǎn)景動(dòng)力等陸續(xù)發(fā)布了與大圓柱電池相關(guān)的產(chǎn)能規(guī)劃與量產(chǎn)時(shí)間。
部分企業(yè)46系大圓柱電池量產(chǎn)時(shí)間及客戶 GGII 數(shù)據(jù)顯示，截至 2023 年 4 月，全球大圓柱電池產(chǎn)能規(guī)劃合計(jì)已超過(guò) 350GWh。而 2022 年全年國(guó)內(nèi)動(dòng)力電池裝車不過(guò) 294.6GWh。 大圓柱電池之所以受到熱捧，核心原因就是它的能力稟賦迎合車企的“既要又要”：既能滿足高能量密度，又能兼顧低成本。 能量密度的提升主要來(lái)自于硅負(fù)極的使用。硅負(fù)極的理論克容量是傳統(tǒng)石墨負(fù)極的 10 倍，但硅負(fù)極在充放電過(guò)程中體積會(huì)發(fā)生膨脹，讓電池變形，膨脹率是石墨的 25 倍。 圓柱電池的結(jié)構(gòu)天生抗壓，內(nèi)部結(jié)構(gòu)也比方殼和軟包更加均勻，如同一個(gè)可樂(lè)罐，可以在硅負(fù)極發(fā)生膨脹時(shí)向多個(gè)方向分散壓力，因此更適合硅負(fù)極。再搭配高鎳正極材料，大圓柱電池的能量密度天花板更高。 馬斯克曾表示，特斯拉的 4680 電池單體能量密度可以達(dá)到 300Wh/kg，國(guó)軒高科稱其46系列圓柱電芯能量密度已達(dá)到 310Wh/kg，今年年初，億緯鋰能將這一數(shù)值拉高到350Wh/kg。 在提高能量密度的同時(shí)，大圓柱電池也戳中了車企的降本心思。 圓柱電池的使用歷史悠久，電芯一致性較好，生產(chǎn)效率的上限也更高。業(yè)內(nèi)圓柱電池的頂尖生產(chǎn)水平可以達(dá)到 300PPM（電池產(chǎn)能單位），也就是每分鐘產(chǎn)出 300 個(gè)圓柱電芯。方形電池容量更大但生產(chǎn)效率受限，業(yè)內(nèi)普遍在 20 - 30 PPM，就算比亞迪最新的產(chǎn)線，產(chǎn)能設(shè)計(jì)上限也只有60PPM。 一輛特斯拉 model Y 需要 4400 顆左右的 2170 電芯，或者是 800-900 顆 4680 電芯。 有電池從業(yè)者分析道，“4680 的產(chǎn)線如果能做到 2170 產(chǎn)線一樣的 PPM，那么一條線的產(chǎn)能可以抵 2170 五條線。”這是極大的生產(chǎn)效率提升。 “寧王”的盲區(qū)直到2022年，比亞迪才憑借垂直整合策略，用銷量帶動(dòng)自家的刀片鐵鋰電池出貨，威脅到寧王。 但在三元電池領(lǐng)域，寧德時(shí)代依舊盤踞著超 60%的份額。不論是市場(chǎng)還是專利，其他電池公司都難有突圍之力。 據(jù) PowerOn了解，大量的二線電池公司，包括中創(chuàng)新航、塔菲爾、蜂巢能源、瑞浦蘭鈞等在內(nèi)，都收到過(guò)寧德時(shí)代的專利侵權(quán)律師函。也就是說(shuō)，想要在三元方形電池上與寧王競(jìng)爭(zhēng)，將面臨重重雷區(qū)。 而相比于對(duì)三元方形電池的恐怖統(tǒng)治力，寧德時(shí)代“不太擅長(zhǎng)大圓柱”是行業(yè)半公開的秘密。 早期特斯拉進(jìn)入中國(guó)建廠時(shí)，急需 21700 圓柱電池的供應(yīng)商，其鎖定的目標(biāo)對(duì)象是 LG 化學(xué)而非寧德時(shí)代，于此就可見一斑。 特斯拉發(fā)布 4680 大圓柱產(chǎn)品后，引發(fā)行業(yè)追隨，寧德時(shí)代也出于市場(chǎng)需求，向?qū)汃R推薦過(guò)圓柱電池方案“金箍棒”，但至今已無(wú)進(jìn)展。如今行業(yè)里建成大圓柱電池量產(chǎn)線的公司，也是億緯鋰能等，尚不包括寧德時(shí)代。 當(dāng)然，就連寧德時(shí)代自身投入在第三代 CTP 技術(shù)麒麟電池的資源和熱情，也遠(yuǎn)超大圓柱電池。麒麟電池發(fā)布之際，寧德時(shí)代便公開表示“在相同的化學(xué)體系、同等電池包尺寸下，麒麟電池包的電量比 4680 大圓柱形電池系統(tǒng)可以提升 13%”。 更有接近合作的人士向 36 氪透露，雖然寧德時(shí)代宣布拿到了寶馬的大圓柱電池定點(diǎn)項(xiàng)目，但并未放棄說(shuō)服對(duì)方采用自家的麒麟電池。 寧王無(wú)暇著力的大圓柱路線，是其他電池公司換道超車的機(jī)會(huì)。多家電池廠高管都向 36 氪表示，可見的三元電池的標(biāo)準(zhǔn)產(chǎn)品就是大圓柱，而磷酸鐵鋰方案則為短刀片。 以刀片電池稱譽(yù)市場(chǎng)的比亞迪，也在布局大圓柱電池，設(shè)備招標(biāo)已經(jīng)開始。有知情人士告訴 36 氪，早期開發(fā)刀片電池時(shí)，比亞迪測(cè)試過(guò)三元的方案，但電芯越長(zhǎng)內(nèi)阻較大，“長(zhǎng)刀三元過(guò)不了熱失控，只能做鐵鋰?！毖巯拢葋喌险谕ㄟ^(guò)大圓柱方案推進(jìn)三元電池。 但這場(chǎng)逆襲之旅，正面臨從電芯工藝、設(shè)備采買到產(chǎn)線搭建，甚至量產(chǎn)應(yīng)用等一系列困境。推動(dòng)46系大圓柱量產(chǎn)上車，幾乎是翻越一座連綿不斷的大山。 技術(shù)革命，每一步都是坑2019 年春節(jié)，特斯拉仍未在“產(chǎn)能地獄”中脫身，財(cái)務(wù)狀況緊張。但睡在工廠車間的馬斯克時(shí)刻不忘給人驚喜，當(dāng)天宣布以 2.18 億美元溢價(jià) 55%收購(gòu)美國(guó)初創(chuàng)公司 Maxwell。 Maxwell 名不見經(jīng)傳，是一家主打超級(jí)電容器的公司，但該公司擁有一種核心專利技術(shù)——干法電極。馬斯克看到了這一技術(shù)的巨大潛力，想要將其搬運(yùn)到動(dòng)力電池領(lǐng)域。但實(shí)施起來(lái)并不簡(jiǎn)單。 打個(gè)比方，傳統(tǒng)的濕法電極可以理解為將奶粉加水調(diào)制成漿糊，抹在面包片上，特斯拉的干法電極則是不用加水，直接將奶粉壓實(shí)在面包片上。 據(jù)特斯拉估算，干法電極不僅能帶來(lái)能量密度和循環(huán)壽命的改善，還能夠減少 18%以上的成本，以及 41%的設(shè)備投資。 遲峰（化名）有多年的科研機(jī)構(gòu)和電池研發(fā)經(jīng)驗(yàn)，參與過(guò)拆解特斯拉的 4680 電池，他告訴 36 氪，“干法既不用溶劑，也節(jié)省了濕法涂布的干燥環(huán)節(jié)，涂布的干燥烘箱一般有幾十米長(zhǎng)，每一節(jié)都有 100 度的高溫。因此降本力度很大?！?/p> 但將干法電極用在動(dòng)力電池的生產(chǎn)上不容易。特斯拉原本的設(shè)想是在正負(fù)極上都使用干法技術(shù)，但遲峰拆解后發(fā)現(xiàn)，“只有負(fù)極使用了干法，正極依舊是濕法。” 正極干法工藝舉步維艱。遲峰說(shuō)，如果負(fù)極干法工藝的量產(chǎn)進(jìn)度可以打 10 分，那“正極干法工藝目前也就 3-4 分”。去年 8 月，馬斯克也公開承認(rèn)“干法正極工藝碰到極大挑戰(zhàn)”。 為了量產(chǎn)，特斯拉只能妥協(xié)：用回傳統(tǒng)濕法制作正極，只用干法做石墨負(fù)極。相當(dāng)于，特斯拉早先為大圓柱電池設(shè)定的硅負(fù)極和干法電極的極致方案，只取了一半。 特斯拉尚且難磕干法電極工藝，國(guó)內(nèi)動(dòng)力電池公司更是退避三舍，即全部使用成熟的濕法技術(shù)，再結(jié)合硅碳負(fù)極，保住能量密度優(yōu)勢(shì)。 因此，大圓柱電池量產(chǎn)的版本主要有，特斯拉主導(dǎo)的 4680，使用干法石墨負(fù)極+濕法高鎳正極；國(guó)產(chǎn)版 4680，使用濕法硅負(fù)極+濕法高鎳正極。 國(guó)產(chǎn)版 4680 目前披露的性能要高于特斯拉版，但二者想要達(dá)到量產(chǎn)，還要共同克服另一個(gè)工藝難題——極耳焊接。 極耳可以通俗理解為電池外表的正負(fù)極，圓柱電池的極耳一般分布在上下兩端。4680 電池采用了全極耳技術(shù)，正極位置幾乎不變，整個(gè)電池底部和殼體都變成了負(fù)極，所以叫全極耳，又稱無(wú)極耳。
底部和金色殼體均為負(fù)極（圖源：綠芯頻道） 電流從正極流向負(fù)極時(shí)，穿越的路徑越長(zhǎng)，內(nèi)阻就會(huì)越高，這樣不僅損耗了能量，還容易引起發(fā)熱問(wèn)題。而大圓柱的全極耳技術(shù)極大的縮短了正負(fù)極間的距離，使得能量密度更高，散熱性能更好。 據(jù)特斯拉介紹，4680 的內(nèi)阻只有 2170 的五分之一。這種更利于電池散熱的工藝，也讓高鎳材料的使用在安全性上得到了保證。 但全極耳技術(shù)的代價(jià)同樣不菲，要增加極耳成型、集流盤焊接與激光封口等多個(gè)環(huán)節(jié)。而因?yàn)槭切录夹g(shù)，“每一家的細(xì)節(jié)處理都不太一樣，良率很難保證。” 電芯工藝的攻克只是做出4680電池的第一步。這種創(chuàng)新產(chǎn)品的量產(chǎn)和工業(yè)化更是困難重重。首先從產(chǎn)線上，4680就需要一套全新的設(shè)備。據(jù) PowerOn了解，46 系的產(chǎn)線設(shè)備目前沒有完整的供應(yīng)商，都要分段采購(gòu)。而大圓柱產(chǎn)線的生產(chǎn)節(jié)奏設(shè)計(jì)極高，一條產(chǎn)線如果制定為400PPM，幾乎是將一個(gè)機(jī)械設(shè)備，用芯片的控制邏輯來(lái)生產(chǎn)，“各段設(shè)備之間的磨合要求相當(dāng)高。” 重重困難下，大圓柱電池的量產(chǎn)節(jié)奏就不再明確。除了特斯拉交付了 4680 電池，供1.2 萬(wàn)輛 model Y 搭載，再無(wú)車企量產(chǎn)落地。國(guó)內(nèi)量產(chǎn)進(jìn)度最快的是億緯鋰能，預(yù)計(jì)今年產(chǎn)能釋放 20GWh。但今年已經(jīng)過(guò)半，億緯鋰能的量產(chǎn)進(jìn)度也不如預(yù)期。 一位大圓柱電池研發(fā)人員評(píng)價(jià)道，絕大多數(shù)廠家的電池都還沒開發(fā)完全，很多都是只有一個(gè)外殼，性能上不一定能滿足客戶需求。就算性能可以滿足客戶需求，還要面臨著生產(chǎn)良率、穩(wěn)定性的達(dá)標(biāo)。 技術(shù)難關(guān)都可以通過(guò)資源投入來(lái)解決，但大圓柱電池面臨的更深刻挑戰(zhàn)是：在激烈的行業(yè)角逐中，市場(chǎng)需求被快速擠壓。 車企，不緊迫的選擇“大圓柱電池是個(gè)好東西，但車企都無(wú)福消受。”有電池行業(yè)高管向PowerOn直言。 在需要大圓柱電池這條路上，同行者越來(lái)越少。就連4680大圓柱電池的推動(dòng)者特斯拉，也已經(jīng)意興闌珊。 該公司近期發(fā)布的遠(yuǎn)景規(guī)劃顯示，未來(lái)的緊湊型電動(dòng)汽車和中型電動(dòng)汽車Model 3/Y，都將使用磷酸鐵鋰電池，占到總電池用量的近80%。
特斯拉產(chǎn)品規(guī)劃（圖源：特斯拉官網(wǎng)） “只有高價(jià)格、追求高性能的車，或者 800V 高壓快充的車型，才是大圓柱的最優(yōu)解，常規(guī)的 400V 沒必要上大圓柱。”上述行業(yè)人士表示。而用好大圓柱電池，也需要過(guò)硬的工程能力，包括掌握近千個(gè)電芯的激光焊接技術(shù)。 比如特斯拉Model 3 的電池包里曾有三個(gè)大模組，每個(gè)模組 2000 個(gè)圓柱電芯，“只要一個(gè)焊點(diǎn)失效整個(gè)模組就要換掉?！?/p> 如今的新能源車企都深陷價(jià)格戰(zhàn)泥潭，降成本是核心需求。 電池廠也早已順勢(shì)而為，大幅降價(jià)。據(jù) 36 氪了解，去年僅磷酸鐵鋰電池的售價(jià)就高達(dá) 1200 元每度電，但如今已快速滑落至700乃至600元左右。 而三元方形電池也在用性價(jià)比策略，快速搶占車企需求。例如，中創(chuàng)新航憑借一款高壓中鎳產(chǎn)品便沖到國(guó)內(nèi)動(dòng)力電池裝車量第三，其最大的亮點(diǎn)不是技術(shù)創(chuàng)新，而是綜合的性能和性價(jià)比。 寧德時(shí)代的麒麟電池更是在不遺余力地拓展三元方形電池的邊界，甚至通過(guò)極氪汽車量產(chǎn)9系高鎳和硅碳負(fù)極電池。 車企都會(huì)綜合性能、成本與規(guī)模量產(chǎn)能力，來(lái)選擇電池的使用。在降本需求迫切與技術(shù)未成熟的雙重拉鋸下，大圓柱電池難免被冷落。 但如果把視野拉長(zhǎng)，行業(yè)對(duì)電池高能量密度的追求從未停止，大圓柱電池的戰(zhàn)略角色依然濃厚，例如成為高鎳材料的載體。據(jù)PowerOn了解，2025年要推出的大圓柱電池方案，幾乎都采用了9系高鎳材料。而韓國(guó)企業(yè)LG化學(xué)更是將在4680電池中應(yīng)用單晶高鎳材料，繼續(xù)將能量密度拉升10%。 同時(shí)，大圓柱電池也拉高了電池生產(chǎn)效率的上限。據(jù)PowerOn了解，特斯拉4680大圓柱電池的產(chǎn)線水平已經(jīng)是 150PPM，幾乎是當(dāng)下三元方形電池的10倍。 高性能和產(chǎn)能上限，是4680電池的技術(shù)底色，這對(duì)于豪華車企依然具有長(zhǎng)遠(yuǎn)的吸引力。 PowerOn獨(dú)家獲悉，今年開始，一則千億歐元的巨額電池訂單在行業(yè)流傳，這則訂單來(lái)自寶馬，尋求的電池產(chǎn)品就包括大圓柱電池。特斯拉依然在奮力爬坡，蔚來(lái)也在咬牙走出低谷，“按新的時(shí)間點(diǎn)推進(jìn)自制電池量產(chǎn)“。 頭部豪華車企的堅(jiān)持為大圓柱電池保留了火種，量產(chǎn)關(guān)隘并未封鎖。這也意味著，這場(chǎng)圍繞車企底盤的爭(zhēng)奪戰(zhàn)，依然懸念十足。 |
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來(lái)自： learnmachine > 《汽車-特斯拉》
