
“為我們一月份生產的第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電池技術在大規模量產路上又前進了一大步。
特斯拉第100萬塊4680電池下線
據了解,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,相比于現有的圓柱形電池,4680電池的突破點體現在哪些方面?除了特斯拉外,相關動力電池企業是否有布局?這一全新的電池技術,距離大規模量產還需要多久?
三大創新技術,特斯拉4680電池性能、成本更優
在動力電池封裝形式的選擇應用上,國內大部分車企主要使用方形電池,國外主要是軟包電池,而特斯拉是為數不多大規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航里程提升16%,此外每千瓦成本下降14%。
特斯拉4680電池
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量。根據相關數據測算,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。
在業界看來,特斯拉4680電池在產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新密不可分。
據了解,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,大幅降低電池內阻;內阻降低可以減小電流偏移現象,延長電池壽命;電阻減小還可降低熱量產生,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石墨負極更高的材料,采用硅負極材料的鋰電池質能密度可提高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,是一種環保原料。
另在電池生產工藝上,特斯拉4680電池采用的干電極技術,樹立了動力電池新標準。據了解,傳統電池需要先放置在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,且生產速度更快。
且值得一提的是,干電極技術不僅節約了傳統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
在汽車電動化的發展進程中,續航里程、成本一直是制約純電動汽車快速實現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強烈,而在性能、成本、安全方面更具優勢的4680大圓柱電池成為車企的重要選項之一。
據悉,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與電池企業共同推動大圓柱電池的開發,希望未來應用到相關車型上。有相關業內人士透露,保時捷、寶馬正聯合一些電池供應商開發大圓柱電池,但規格型號尚未確定。江淮汽車新能源汽車研究院電池系統部技術副總監秦李偉曾透露,目前江淮汽車正在進行基于46系列的全新平臺進行規劃,未來將開發46800/46105系列電芯,并實現整包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,不過正式大規模量產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,我們計劃將優先滿足特斯拉?!?/p>
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略布局,包括4680和4695兩大型號,預計2023年產能釋放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,預計將于2023年開始批量化生產。據比克電池透露,目前公司正與國際知名車企進行大圓柱電池的聯合開發。
東吳證券表示,大圓柱電池在能量密度和生產成本方面存在巨大優勢,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模量產裝車,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,動力電池大規模應用的良品率基準線為90%,如果良品率在80%以下,則大規模量產沒有經濟性。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生正負極微短路,當自放電流大到一定程度,就會產出不良品;從電池內部構造來看,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,易焊穿燒到電芯內部或者沒有焊,造成產品不合格。
一個好的消息是,在最新的2022年1月22日的產品檢測里,特斯拉弗里蒙特工廠14 條試生產線的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電池的成功量產下線。不過,相較于2170 電芯早已達到99%的行業良品率現狀,4680電池還有很大的提升空間。業界普遍認為,短期內,4680良品率達到95%左右將是一個很好的數字。
如此也就不難理解,在上述各企業公布的4680等型號大圓柱電池的量產時間線來看,多數企業將大圓柱電池批量生產的時間定2023年。
此次,特斯拉第100萬塊4680電池的量產下線,對該產業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電池已實現量產,有望引領產業變革。當前主流電池廠紛紛跟進,預計2023年迎來爆發。屆時,這一全新的電池技術將對現有電池市場帶來怎樣的沖擊與變革,值得期待。
文章轉自“蓋世汽車”
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