最近,4680电池再次成为业界的主流话题。先有松下透露已准备好量产特斯拉4680电池,正在打造一条产线并进行试产;后有亿纬锂能宣布将在荆门建设152.61GWh锂电产能,其中包含被认为与4680电池有关的20GWh大圆柱线项目,直接刺激了亿纬锂能以及4680相关产业链大涨。
前两天,网络上又流传出一段录音,发言者称:「公司在4680大圆柱电池量产中占得先机,可能成为国内甚至全球首家量产4680大电池的公司,并供货给全球最NB的公司。」
4680电池量产在即
在特斯拉现有市场规模下,其4680电池订单对于电池供应商来说无疑是块「大肥肉」。
TrendForce 集邦咨询2021年第三季度全球新能源汽车市场报告显示:今年1-9月,全球纯电动汽车累计销量为292万辆,特斯拉以21.5%的市占率高居榜首(约62.78万辆),前三季销量已超过去年全年,第二名五菱宏光市场率为9.8%。
特斯拉在今年第三季度财报电话会议上透露,4680电池将于2022年上半年首次亮相。11月2日,长期跟踪特斯拉动态的社区媒体Teslarati报道称,有两辆装载电池生产设备的卡车驶入得州超级工厂存货区,分别标记为「正极产线1」和「负极产线1」,并指出这或许意味着特斯拉已着手安装4680产线设备,并准备试产。
而在此之前,有消息称特斯拉已在和多家供应商展开洽谈,除了原有的宁德时代、松下、LG新能源,还包括亿纬锂能等企业,但进展最快的似乎是LG化学。
今年2月,证券及金融服务公司Meritz Securities在一份报告中表示:LG新能源将完成全球首次4680电池的量产,并开始供应。据韩国媒体TheElec报道,LG新能源可能会为特斯拉4680电池产线投资数百万美元,这一数字与竞争对手松下相当,其目标是抢在松下大规模生产之前完成这条试点生产线。
松下方面,据其电池部门负责人忠信和雄透露,2022年3月将在日本开始试生产4680电池,目前正于日本打造一条测试线,待技术完备之后迈向大规模生产。从产品研发方面来看,技术目标基本都已实现。
国内方面,宁德时代和亿纬锂能也均布局了4680电池生产线。据36氪报道,宁德时代的大圆柱电池正在加快节奏,项目名称为金箍棒。
亿纬锂能基础材料与技术研究室主任冀亚娟曾在CIBF上表示:「公司已布局4680和4695两个大圆柱电池,预计2023年产能释放20GWH,2024年达到40GWH。」目前公告的产能为20GWh,预计明年上半年开始建设,2023年达产。
4680电池更具规模化优势
4680电池是特斯拉在去年9月电池日提出的一种新型技术,即直径46mm、高80mm的圆柱电池。该电池不仅有性能层面的进步,而且生产成本及效率也更具优势,有利于大规模车载应用。
从理论值来看,4680圆柱电池体积达到了特斯拉目前所应用2170电池的5.48倍。最显著的优势是大幅减少材料使用量、结构件数量,降低焊接需求,可以进一步提升生产成本及效率。
尽管市场上也有一些企业采取提高电池尺寸的设计思路,但仅在生产效率的维度上,圆柱电池制造时以同心圆卷绕的特性,决定了其生产速度要明显高于做叠片的方形电池或软包电池。这在大规模生产时将产生更大优势。
另外,大尺寸电池也有利于装车效率的提升。当前的特斯拉Model 3和Model Y 长续航版单车需要4416个2170电池,但换用4680电池可将这一数量降低至960个。
据估算,通过将2170电池换成4680电池,单位生产成本可减少14%,单位投资额可减少7%。
做大电池单体的尺寸,对于整体的抗扭转刚度和抗剪切性能也更有好处。虽然这方面的提升不是很明显,但是在想要连电池包也要一并取消的特斯拉看来,也是一个不错消息。
根据此前消息推测,最先采用4680电池和电池底盘一体化技术的或许是特斯拉Model Y,未来会率先在德国柏林工厂投产。
4680电池也并非「完美」
相比在规模化方面的优势,特斯拉在电池性能方面给出的参数要另加吸引眼球:4680电池相比2170电池的容量将提升5倍、输出功率提升6倍。然而,这一参数是基于电池单体的对比而来,4680电池体积是2170电池的5.48倍。
单体能量密度虽然没有优势,但结合4680电池配套电池底盘一体化技术,减少模组、电池包等结构件的空间占用,整体的能量密度还有不少提升空间。根据特斯拉给出的数据,相同车型使用4680电池的续航里程大约会提高16%。
此外,4680电池还要面临新的难题,电池单体尺寸变大后,传统的单极耳结构无法满足功率的要求,快充所需的电流更大、发热更多,单极耳难以处理,必须进行技术改革。
特斯拉采取的是无极耳结构,通过在电极一端涂覆导电材料,直接与壳体或专门设计的盖板进行连接,电流直接在电极集流体、盖板、壳体之间进行传导。因为导电涂层与电池端盖的有效接触面积达到100%,也就意味着没有集中的出口,内阻更小,可以缓解局部过热的问题。
然而,将这一方案量产应用也绝非易事,最困难的是解决涂覆导电材料工艺的可靠性和良品率问题。此外,特斯拉为了解决4680电池的散热问题,还在电池侧面绕装散热管路加强散热效果。