“為我們一月份生產(chǎn)的第100萬塊4680電池慶祝！”日前，特斯拉在海外社交平臺twitter宣布了這一消息，這意味著其布局良久的4680電池技術在大規(guī)模量產(chǎn)路上又前進了一大步。
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，彼時特斯拉ceo埃隆·馬斯克將其視為電池技術上的“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電池的突破點體現(xiàn)在哪些方面？除了特斯拉外，相關動力電池企業(yè)是否有布局？這一全新的電池技術，距離大規(guī)模量產(chǎn)還需要多久？
三大創(chuàng)新技術，特斯拉4680電池性能、成本更優(yōu)
在動力電池封裝形式的選擇應用上，國內(nèi)大部分車企主要使用方形電池，國外主要是軟包電池，而特斯拉是為數(shù)不多大規(guī)模使用圓柱型動力電池的車企，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，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，同等電池包下整車續(xù)航里程提升16%，此外每千瓦成本下降14%。
也就是說，4680大圓柱電池可以極大程度減少單個電池包電池電芯數(shù)量。根據(jù)相關數(shù)據(jù)測算，此前一代的1860圓柱電池需要7200+個電芯，第二代2170圓柱電池需要4400+個電芯左右，如今的4680大圓柱電池僅僅只需要950-1000個電芯。
在業(yè)界看來，特斯拉4680電池在產(chǎn)品性能上取得的巨大突破，與其在電芯結構和電池材料等方面的創(chuàng)新密不可分。
據(jù)了解，在電芯結構方面，特斯拉4680電池采用了無極耳(即全極耳)技術，傳統(tǒng)電池有兩個極耳，分別連接正極與負極，無極耳則直接從正極/負極上剪出極耳，縮短了極耳間距的同時還增加了極耳面積。也正是基于這一技術，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題。
民生證券指出，4680電池采用新型無極耳技術可實現(xiàn)降本增效，無極耳技術一方面增大了電流傳導面積、縮短電流傳導距離，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，延長電池壽命；電阻減小還可降低熱量產(chǎn)生，電極導電涂層和電池端蓋的有效接觸面積可達到100%，能提升散熱能力。
在電池材料上，4680采用了硅碳負極材料。這是一種理論上能量密度比傳統(tǒng)石墨負極更高的材料，采用硅負極材料的鋰電池質(zhì)能密度可提高8%以上，體能密度則可達到提升10%以上。同時，由于石墨負極的電壓十分接近鋰的沉積電位，硅基負極材料相比之下有更好的安全性。且硅材料來源廣泛、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，樹立了動力電池新標準。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。而干電極技術則省去了放置溶液的步驟和干燥的過程，通過將活性正負粒子與聚四氟乙烯(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。這一工藝相對簡單，且生產(chǎn)速度更快。
且值得一提的是，干電極技術不僅節(jié)約了傳統(tǒng)方法帶來的溶劑開支和覆膜機成本，同時解決了溶劑中的鋰和碳若不能融合所帶來的容量損失的問題，從而提高了約5%的電池能量密度。
諸多電池廠商跟進，4680電池有望成為重要技術路線
在汽車電動化的發(fā)展進程中，續(xù)航里程、成本一直是制約純電動汽車快速實現(xiàn)市場全面滲透的重要因素。且自2021年以來，動力電池原材料遭遇多次漲價，讓車企增效降本的需求愈發(fā)強烈，而在性能、成本、安全方面更具優(yōu)勢的4680大圓柱電池成為車企的重要選項之一。
據(jù)悉，除了特斯拉自身推出4680電池外，包括保時捷、寶馬、江淮、東風等車企也有意或者已經(jīng)與電池企業(yè)共同推動大圓柱電池的開發(fā)，希望未來應用到相關車型上。有相關業(yè)內(nèi)人士透露，保時捷、寶馬正聯(lián)合一些電池供應商開發(fā)大圓柱電池，但規(guī)格型號尚未確定。江淮汽車新能源汽車研究院電池系統(tǒng)部技術副總監(jiān)秦李偉曾透露，目前江淮汽車正在進行基于46系列的全新平臺進行規(guī)劃，未來將開發(fā)46800/46105系列電芯，并實現(xiàn)整包ctp。
在此背景下，松下、寧德時代、lg新能源、億緯鋰能等動力電池企業(yè)均開始積極布局4680電池。
日前，松下表示，預計今年4月開始試生產(chǎn)4680電動汽車電池，之后該公司還打算在松下大阪總部附近的和歌山縣進行進一步試產(chǎn)，不過正式大規(guī)模量產(chǎn)的時間和地點尚未確定。同時松下電器首席財務官hirokazu umeda表示：“當我們真正能夠交付4680時，我們計劃將優(yōu)先滿足特斯拉。”
億緯鋰能相關負責人近日表示，公司4680電池廠房正在建設中，合作方不方便透露。億緯鋰能曾公開表示，公司已完成大圓柱電池戰(zhàn)略布局，包括4680和4695兩大型號，預計2023年產(chǎn)能釋放20gwh，2024年達到40gwh。
比克電池在2021年3月對外展示了自主研發(fā)的4680電芯。比克首席科學家林建表示，比克已與客戶合作進行全極耳大圓柱電池的應用開發(fā)，預計將于2023年開始批量化生產(chǎn)。據(jù)比克電池透露，目前公司正與國際知名車企進行大圓柱電池的聯(lián)合開發(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，未來有望成為一種重要的技術路線。
提升良品率是當務之急，大規(guī)模裝車或在2023年
不過，4680大圓柱電池雖好，但是這一新技術從實驗室走出到最終大規(guī)模量產(chǎn)裝車，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題。
通常來說，動力電池大規(guī)模應用的良品率基準線為90%，如果良品率在80%以下，則大規(guī)模量產(chǎn)沒有經(jīng)濟性。從特斯拉來看，其自2020年9月推出4680電池以來，就開始在美國加利福尼亞州弗里蒙特工廠試制。通過過去一年的努力，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構有關。其整體結構是：一層隔膜，兩端分別有一層銅箔和鋁箔做負極和正極，但膜在卷繞過程中容易發(fā)生正負極微短路，當自放電流大到一定程度，就會產(chǎn)出不良品；從電池內(nèi)部構造來看，采用的魚鱗涂覆技術在涂覆不均的時候，也會影響良品率；此外全極耳與集流盤或殼體的連接需要采用面焊技術，相較于傳統(tǒng)兩個極耳的點焊，焊接工序和焊接量都變多，激光強度和焦距不容易控制，易焊穿燒到電芯內(nèi)部或者沒有焊，造成產(chǎn)品不合格。
一個好的消息是，在最新的2022年1月22日的產(chǎn)品檢測里，特斯拉弗里蒙特工廠14 條試生產(chǎn)線的4680電池良品率最終達到了92%，這也助推了特斯拉第100萬塊4680電池的成功量產(chǎn)下線。不過，相較于2170 電芯早已達到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)界普遍認為，短期內(nèi)，4680良品率達到95%左右將是一個很好的數(shù)字。
如此也就不難理解，在上述各企業(yè)公布的4680等型號大圓柱電池的量產(chǎn)時間線來看，多數(shù)企業(yè)將大圓柱電池批量生產(chǎn)的時間定2023年。
此次，特斯拉第100萬塊4680電池的量產(chǎn)下線，對該產(chǎn)業(yè)來說應該是一個良好的開端，未來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。中信證券研報認為，目前特斯拉4680電池已實現(xiàn)量產(chǎn)，有望引領產(chǎn)業(yè)變革。當前主流電池廠紛紛跟進，預計2023年迎來爆發(fā)。屆時，這一全新的電池技術將對現(xiàn)有電池市場帶來怎樣的沖擊與變革，值得期待。
原標題：產(chǎn)量突破百萬，特斯拉引領4680電池時代加速到來？