中國儲能網(wǎng)訊：從目前來看，在磷酸鐵鋰內(nèi)卷越演愈烈的行業(yè)現(xiàn)狀下，高鎳圓柱這個方向，是短期內(nèi)破局的一個比較現(xiàn)實的做法。
關(guān)于特斯拉的4680電池，需要產(chǎn)業(yè)鏈的各個維度去更新，從目前來看，在磷酸鐵鋰內(nèi)卷越演愈烈的行業(yè)現(xiàn)狀下，高鎳圓柱這個方向，是短期內(nèi)破局的一個比較現(xiàn)實的做法。
4680的工藝優(yōu)化已經(jīng)進(jìn)行了很久，這是特斯拉第一款自己生產(chǎn)的電芯，但在流水線及供應(yīng)鏈選擇等方面還存在一定難度。
調(diào)研的內(nèi)容
良率問題
4680電池從2019年開始研究，最開始是松下和歐洲化學(xué)實驗室提出的概念設(shè)計，基于全極耳的理論進(jìn)行優(yōu)化和改進(jìn)。從這里面看，電芯開發(fā)和電芯制造存在脫節(jié)的現(xiàn)象，也就是說良品率的差異并沒有反映在這張圖上。
備注：4680的良率短期內(nèi)到95%左右可能是一個很好的數(shù)字，對比一下，2170的良率可能在99%。
▲圖1.回到當(dāng)初的4680的尺寸選擇，
平衡的是成本降低和體積利用率（續(xù)航里程）
4680電池最初從實驗室到早期的生產(chǎn)線，特斯拉從電池供應(yīng)商這里吸收了不少的人才深入電芯領(lǐng)域，良品率從剛起來起步只有15%~20%左右。隨著逐步工藝改進(jìn)措施的提升，目前良品率已經(jīng)逐步從80%開始進(jìn)一步爬升到82%，預(yù)期在2022年初能實現(xiàn)88-90%。
從現(xiàn)實來看，八成的良品率下，4680電池大規(guī)模量產(chǎn)沒有經(jīng)濟(jì)性。而2022年，即使達(dá)不到理想的良品率，特斯拉也需要大規(guī)模推進(jìn)4680的落地。
從目前的現(xiàn)實來看，4680大規(guī)模量產(chǎn)的經(jīng)濟(jì)性設(shè)定了90%良品率的基準(zhǔn)點。
4680適用范圍
特斯拉的4680首用，原計劃是在柏林工廠的Model Y，但歐洲的推遲交付了。
從現(xiàn)在來看，歐洲和北美兩邊同時都在推進(jìn)4680，柏林主要做Model Y；美國這邊首先應(yīng)用的也是Model Y。
隨著未來良品率提升、成本下降，可能在model S和model X上使用。
▲圖2.圓柱電池的迭代發(fā)展
為什么4680會用在Cybertruck？目前來看，4680能量密度大，充放電性能優(yōu)異。純電動皮卡受眾面主要是圍繞北美地區(qū)的需求為主，目前Rivian和福特通用都在大規(guī)模推動兩場，這個車型載荷、行使間距要求大，同時皮卡自身較重，所以對電芯要求比較高。
也就是說，在Model S Plaid上用18650和4680差異不大，但是在150kWh以上的Cybertruck上，能量密度帶來挺大的差異。
4680的外部供應(yīng)商的進(jìn)度情況
有點像之前大眾定義590模組一樣，這一次特斯拉給全球電池企業(yè)出了一份開卷考試。目前所有廠家都還在解決良品率和量產(chǎn)的問題，這里海外的包括松下、LG、SDI，國內(nèi)的包括CATL、EVE、國軒、欣旺達(dá)、蜂巢。
從4680的規(guī)格來看，電池樣品的測試結(jié)果能反映電池未來的產(chǎn)品性能是怎么樣，但4680要解決的是大規(guī)模制造問題，現(xiàn)階段不同的電池企業(yè)比拼的重點還是看良品率，量產(chǎn)的電芯跟實驗品、試制品是不一致的，所以對于特斯拉來說，解決了4680的設(shè)計，后面大規(guī)模替換電芯是很容易的。
備注：4680電芯標(biāo)準(zhǔn)化，其實是把主動權(quán)掌握在汽車企業(yè)手里面，也就是說定義的VW電芯、Volvo電芯甚至是豐田電芯，都不具備把電芯標(biāo)準(zhǔn)化的能力，也沒辦法推進(jìn)全球的電芯企業(yè)在同一個擂臺上一較高下。
4680電池不同的技術(shù)路線
4680的需求只是約束了它體型的大小和全極耳設(shè)計方法。從目前來看，各個不同的企業(yè)都在評估不同的工藝。比如全極耳焊接工藝上面比較難，不同的路徑可以用模切，用揉平，當(dāng)前的實際的良品率和未來預(yù)期的都有差異。
4680構(gòu)造和21700存在很大的差異，主要是圍繞全極耳設(shè)計下的變化（集流盤），4680整體結(jié)構(gòu)是：一層隔膜，兩端分別有一層銅箔和鋁箔做負(fù)極和正極——膜在卷繞過程中容易發(fā)生正負(fù)極微短路（當(dāng)自放電流大到一定程度，就會產(chǎn)出不良品）。
在焊接方面，整體封裝的焊接工藝使得4680電芯的焊接周長和時間增加了（難度在于提高一次焊接的成功率或時間，對設(shè)備精度挑戰(zhàn)較大），而4680電芯全極耳和集流體的留白空間有限，出現(xiàn)了熱堆積效應(yīng)影響一致性，當(dāng)然這里可能出現(xiàn)跳過整體焊接方式。
從內(nèi)部來看，采用魚鱗涂覆技術(shù)之后當(dāng)涂覆不均的時候，也會影響良品率。
從電池材料體系來看，松下使用的是NCA和下一代嘗試的低鈷材料，并且在日本和美國會部分進(jìn)行。
▲圖3.松下的技術(shù)路線
*特斯拉第一代4680正極是比NCM811的鎳含量更高NCM 91體系。
*LG目前在使用NCMA的正極。
4680的缺點和優(yōu)點
從目前來看，4680的缺點在于循環(huán)壽命，由于電芯大了，在適宜的運(yùn)行期間也比21700差一些。當(dāng)然最大的優(yōu)勢還是布置上的提高，4680先期在PACK階段相較于21700提升在40%左右（體積），從重量來看，能量密度對比差不多在30%左右。
在良品率一致的前提下，以千克和瓦時來對比，單體電芯成本下降20%左右。從理想的Pack設(shè)計來看，可以讓4680的電芯方式實現(xiàn)電池平臺成本下降50%-60%，主要涉及電池系統(tǒng)制造成本+物料成本+整車的裝配制造+物料。
核心還是能夠?qū)崿F(xiàn)電動汽車裝配效率提升，節(jié)拍速度可以提高30%，通過設(shè)計使得在生產(chǎn)中很多零部件是省去的（電池上蓋板、散熱管路件，模組固定結(jié)構(gòu)件、閥體）有些工位就直接取消掉了，這也是計算到成本里面的。
