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特斯拉4680的美夢與現(xiàn)實,超充場景才是大圓柱的未來

發(fā)布時間:2024-08-01 21:36:10

特斯拉公司連同CEO馬斯克備受推崇,但凡他看重的技術(shù),國內(nèi)很多人一窩蜂地抄作業(yè)的。無論是一體化壓鑄車身,還是夏天曬得要死的大玻璃天幕都有很多企業(yè)學(xué)著跟進。具體到動力電池領(lǐng)域,行業(yè)對特斯拉4680大圓柱電池更是趨之若鶩。

從2020年9月22日,特斯拉在電池日上關(guān)于4680大圓柱的幾張PPT開始,2023年10月干法正極才進入C樣,今年Q2財報會議,提到開始量產(chǎn)雙干法4680的消息,且少量裝車搭載CYBERTRUCK這款特斯拉最貴車型。特斯拉4680生產(chǎn)不順,良率不高、效率上不去、成本下不來,自己做比買還貴!整整五年過去了,馬斯克也終于領(lǐng)教了電化學(xué)工程的難度。

筆者今年以來遍訪鋰電池產(chǎn)業(yè)一線專家,尋找特斯拉4680遲遲難產(chǎn)的秘密。直到見到云山動力董事長袁定凱,這位從業(yè)23年的鋰電老兵幫我解開了心中謎團。馬斯克可能點錯科技樹了,4680大圓柱電池真正的應(yīng)用場景是超充,走功率型電池路線,而不是能量型技術(shù)路線,追求能量密度。

4680五大優(yōu)點與特斯拉的美夢

大家最熟悉的圓柱鋰電池型號是18650,最初被運用于消費電子產(chǎn)品中,隨后擴展至電動工具。在特斯拉發(fā)展初期,由于市面上沒有專為電動汽車生產(chǎn)的電池,也不得不采用該型號電池作為動力源。

在乘用車領(lǐng)域,在體積、安全、續(xù)駛里程等多維度約束下,18650顯然小了,后來21700稍微好一點,還是太小了。比如一款裝75KWh的純電動汽車大約需要7000個18650電池,即使是21700電池也需要4400個。隨著電動汽車的普及,需要更加適合車用的電芯,將電芯做大是簡單粗暴高效的做法。

一,圓柱大型化可以提高成組效率,彌補小圓柱電池成組效率低的不足。目前行業(yè)內(nèi)主流圓柱形電池(18650/21700)的模組成組效率約為87%,系統(tǒng)成組約為65%;而方形電池則分別為89%和70%,相較之下圓柱電池成組效率明顯較低。但是在圓柱電池直徑變大后,差距有所縮小。動力電池支架板和集流片的孔徑變大,相應(yīng)重量減輕,此外,動力電池包中電芯數(shù)量的減少可以減少結(jié)構(gòu)件用量,在提高電池能量密度的同時提高成組效率。

二,從安全角度來說,大圓柱電芯搭配全極耳技術(shù),可以顯著解決散熱問題,有效提高了安全性。由于大圓柱電子流通路徑縮短,電池發(fā)熱量有望明顯下降。同時全極耳設(shè)計增大了極耳端面的散熱面積,增強電池的熱穩(wěn)定性;能有效提升倍率性能:全極耳設(shè)計降低電池內(nèi)阻,提高電子流動速度,提高快充性能;大圓柱成組接觸面是線性接觸,遇到單一電芯出現(xiàn)熱失控問題時,對其他電芯的蔓延也很慢;另外圓柱電池中間可以做蛇形管散熱,而方形電池呢,只能在底部散熱,所以方形的散熱面積小,圓柱的散熱面積大,理論上可以做到零熱失控。

三,從標準化角度出發(fā),大圓柱對電池企業(yè)更友好,反正是標準化產(chǎn)品,降本提效生產(chǎn)出標準品來就好了,怎么使用,怎么組合是應(yīng)用端的事了,只是對BMS控制等有些要求,這對大部分傳統(tǒng)車企是障礙,但對特斯拉等造車新勢力來講是優(yōu)勢。由于標準化程度高,4680電池可作為一種“結(jié)構(gòu)電池”,靈活運用于各車型的CTC設(shè)計,還可通過一體化壓鑄協(xié)同降低制造成本,實現(xiàn)“極限”制造。另外大圓柱電池的設(shè)計制造乃至于回收都可以做到標準化,并且它在全生命周期里面結(jié)構(gòu)穩(wěn)定,電池之間零應(yīng)力。圓柱電池在使用開始到結(jié)束的時候一如既往沒有變化。

四,價格更便宜,圓柱電池尺寸從21700升級到4680,電芯體積增加448%,而表面積僅增加180%,這表明隨著圓柱電池直徑的增大,結(jié)構(gòu)件質(zhì)量占電池包總重量的比例下降,大圓柱電池的電池能量密度將有所提升,從而降低電池單Wh生產(chǎn)成本。從21700圓柱電池升級到46800大圓柱可以降低14%的單位生產(chǎn)成本。

五,由于大量圓柱電芯組成粘接緊密的蜂窩狀結(jié)構(gòu)后,可以提供優(yōu)秀的總體剛度,同時還有充足的電量,所以這種構(gòu)型將會是高檔純電動轎車的首選。同時如果整車電池組使用小圓柱的話,由于數(shù)量多,控制復(fù)雜,對車企的BMS技術(shù)要求較高,大圓柱路線可降低BMS控制難度,同樣75KWh的車,一個7000個,一個只需950個,當(dāng)然越少越好控制了。

可見,4680大圓柱路線是完全利好特斯拉的,也難怪馬斯克對此情有獨鐘,從2019年開始,五年來特斯拉為該項目年投入了超30億美元(合200多億人民幣)是特斯拉罕見的巨資項目。馬斯克原計劃通過4680電池的研發(fā)與應(yīng)用,掌握產(chǎn)業(yè)鏈主導(dǎo)權(quán)后,再通過專利授權(quán)方式,在世界各國授權(quán)制造,復(fù)制一個電池界的“可口可樂”模式,實現(xiàn)完美的盈利微笑曲線。

很顯然,目前這個美夢沒有實現(xiàn)。特斯拉4680大圓柱電池的生產(chǎn)過程,面臨包括良品率、工藝復(fù)雜性和供應(yīng)鏈整合等問題,影響了電池產(chǎn)量和制造成本。

超充場景下,電池需要具備高功率充放電能力

按照技術(shù)采用生命周期理論分析,新能源汽車已經(jīng)連續(xù)跨越2.5%的創(chuàng)新者、13.5%的早期使用者兩個階段以及死亡之井,進入新的早期大眾階段(34%)。這個階段的人群只關(guān)心需求,不關(guān)心技術(shù)。所以,相對于現(xiàn)有產(chǎn)品,新技術(shù)必須有明顯優(yōu)勢,并被反復(fù)驗證是穩(wěn)定可靠的,他們才會購買。到了這個階段,也就進入了新能源汽車的攻堅克難階段,交通電動化、智能化趨勢都看明了,也體驗到了。

根據(jù)《中國高壓快充產(chǎn)業(yè)發(fā)展報告(2023-2025)》,充電慢、充電不便是消費者選擇購買純電動汽車的主要顧慮。里程焦慮是個偽命題,補能焦慮才是真問題,插電式混動與增程式車型銷量猛增從側(cè)面印證這種焦慮真實存在。這幾年,每逢五一、國慶等重大節(jié)假日,高速公路服務(wù)區(qū)的充電區(qū)域都排長龍。目前安裝配套的直流快充樁功率普遍低于60KW,且數(shù)量不多,導(dǎo)致每臺車的充電時間都在一小時以上,無法滿足用戶快速補能需求。

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