4680電池真的來(lái)了！
2月19日，特斯拉在推特發(fā)文慶祝完成第一百萬(wàn)個(gè)4680電池電芯。其實(shí)際完成時(shí)間為一月。
與此同時(shí)，同一天（2月19日）在中國(guó)上海臨港新區(qū)，特斯拉超級(jí)工廠旁邊，寧德時(shí)代投資4.4億美元的寧德時(shí)代（上海）智能科技一體化電動(dòng)底盤(pán)研制項(xiàng)目及瑞庭時(shí)代上海智能動(dòng)力系統(tǒng)項(xiàng)目（二期）正式開(kāi)工。
▲圖為：寧波國(guó)際航空臨港工廠的渲染圖。圖片來(lái)源：臨港新區(qū)管委會(huì)
盡管寧德時(shí)代沒(méi)有明說(shuō)，但一體化電動(dòng)底盤(pán)研制項(xiàng)目應(yīng)該就是這幾年大火的CTC方案，俗稱(chēng)的底盤(pán)電池技術(shù)。
該項(xiàng)目總面積約35萬(wàn)平方米，有消息稱(chēng)其將在一年內(nèi)建成并投入運(yùn)營(yíng)。
4680電池+CTC技術(shù)，這兩項(xiàng)長(zhǎng)期掛在馬斯克嘴邊，卻受制于實(shí)現(xiàn)能力的技術(shù)在一朝之間都要變?yōu)楝F(xiàn)實(shí)嗎？
最好的電動(dòng)汽車(chē)即將誕生嗎？
我們先來(lái)看4680電池。
按照馬斯克之前所稱(chēng)，4680電池將率先在Model Y上使用。如果按照每輛車(chē)裝載1000個(gè)電芯計(jì)算，完成生產(chǎn)的4680電芯約可供一千輛Model Y。
這是特斯拉自2020年以來(lái)，在其位于加利福尼亞州弗里蒙特試點(diǎn)工廠實(shí)現(xiàn)的產(chǎn)能。后續(xù)的產(chǎn)能還未可知。
特斯拉預(yù)計(jì)要在2022年實(shí)現(xiàn)100GWh的產(chǎn)能。這并不是個(gè)小數(shù)目。要知道，全球裝機(jī)量第一的寧德時(shí)代2021全年裝機(jī)量也不過(guò)96.7GWh，這還是為多個(gè)品牌供貨的結(jié)果。
特斯拉的野心似乎有過(guò)于樂(lè)觀之嫌。
但首先，我們來(lái)深入了解一下4680電池到底有怎樣的魅力，能一次次在業(yè)界掀起陣陣波瀾。
4680是一種圓柱形電池，直徑46mm，高80mm，比一般電池要胖，體積更大。4680的名字也正是由此而來(lái)。與之前的2170和1865相比，4680單體能量密度提高5倍，續(xù)航里程提高16%，充放電速度提升6倍，成本還能下降14%。
據(jù)推特上特斯拉研究者@TroyTeslike測(cè)算，2022年4680體積能量密度達(dá)到737Wh
/L，重量能量密度為276Wh/Kg。到2024年還將逐年遞增。
此外，4680電池在安全性上也有很大的突破。
一方面，特斯拉4680電池采用了無(wú)極耳設(shè)計(jì)。
傳統(tǒng)圓柱形鋰電芯將正負(fù)極延伸至圓柱結(jié)構(gòu)的兩端，并以凸起或凹陷的物理結(jié)構(gòu)區(qū)分，這個(gè)結(jié)構(gòu)叫做極耳。
當(dāng)應(yīng)用于消費(fèi)電子時(shí)，這個(gè)結(jié)構(gòu)是合理的，但當(dāng)用于動(dòng)力電池時(shí)，極耳本質(zhì)上就成了累贅。
特斯拉的無(wú)極耳并非真的沒(méi)有極耳，而是將其放在了側(cè)面。其最大的好處是降低了內(nèi)阻。由于電流移動(dòng)的距離為兩極垂直距離，無(wú)極耳結(jié)構(gòu)使得兩極間距離大大縮短，據(jù)稱(chēng)可將內(nèi)阻降至原來(lái)的1/5。
降低內(nèi)阻可在提升電流大小的同時(shí)限制電池發(fā)熱。
另一方面，圓柱的弧形表面也能夠在一定程度上限制電池之間的熱傳遞。相比方形電池和軟包電池緊密連接的狀態(tài)，圓柱電池即便充分接觸，仍然留有較大的間隙，能夠減少電池之間的熱傳遞。
相比磷酸鐵鋰電池，三元鋰電池在安全性上存在一定的缺陷，而4680的結(jié)構(gòu)優(yōu)勢(shì)則可以在一定程度上彌補(bǔ)這種缺陷。
由于產(chǎn)熱更低，因而電池對(duì)散熱的要求也更低。而且，由于節(jié)省了極耳結(jié)構(gòu)，電池包的成本也可以下降。而省去不存儲(chǔ)電能的體積，也使得電池的系統(tǒng)能量密度明顯提升。
值得注意的是，4680只是電池規(guī)格的代名詞，并不是特斯拉的專(zhuān)屬。但特斯拉的重視及其本身優(yōu)異的特性將其推上了風(fēng)口。此外，目前使用圓柱電池的公司也并不算多，特斯拉則是其中最知名的。
特斯拉最早是在2020年9月的電池日上推出的4680電池。
馬斯克寄望于4680電池能幫助其實(shí)現(xiàn)年產(chǎn)數(shù)百萬(wàn)臺(tái)電動(dòng)車(chē)的理想，同時(shí)大幅縮減電池成本，并使得2.5萬(wàn)美元基礎(chǔ)車(chē)型的實(shí)現(xiàn)成為可能。當(dāng)然，馬斯克在2021四季度財(cái)報(bào)及電話會(huì)議上已經(jīng)明確表示，2022年將不會(huì)推出2.5萬(wàn)美元的車(chē)型。
目前，由特斯拉牽頭的4680大圓柱電池仍是主流的三元鋰電池，正極材料為三元高鎳鋰，負(fù)極材料則是石墨混合硅。但這并不代表高鎳三元鋰就是4680唯一的選擇。
而特斯拉方面也曾多次高調(diào)宣布未來(lái)將逐漸采用磷酸鐵鋰電池，因而后續(xù)4680采用磷酸鐵鋰作為正極材料也是可能的。
當(dāng)然，4680的缺點(diǎn)也很明顯。
比如，由于直徑增加，電芯內(nèi)部散熱難度也會(huì)增加，這將對(duì)電池壽命造成一定的影響。
此外，4680的生產(chǎn)難度也較高。早期特斯拉生產(chǎn)4680的良品率僅為15%~20%左右，在經(jīng)過(guò)不斷的技術(shù)改良之后，目前的良品率已經(jīng)逐步從80%進(jìn)一步爬升到82%，預(yù)期在2022年初就能實(shí)現(xiàn)88-90%。
但無(wú)疑，4680的整體表現(xiàn)是極為出色的。
同樣，在電池安裝層面，特斯拉為4680設(shè)計(jì)的方案也很獨(dú)特。
在2021 Giga Fest上，特斯拉展示了其將用于4680電池的CTC技術(shù)，即電芯直接安裝到底盤(pán)（Cell to Chassis）。與傳統(tǒng)的CTP（Cell to Pack，電池包）模式不同，CTC省略了將電芯組裝成電池包的步驟，直接將電芯安裝到底盤(pán)。
電池包結(jié)構(gòu)的優(yōu)勢(shì)是，電池包不參與車(chē)架受力，在車(chē)輛受到撞擊、翻滾等外力影響后，依然可以不變形，安全性更高。
此外，在電池?zé)崾Э刂?，仍然有底盤(pán)底板隔絕，也能保護(hù)駕駛艙安全。
缺點(diǎn)則是，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，制造流程長(zhǎng)，成本高，體積大。其底板非常厚，會(huì)占用部分承載空間。
CTC架構(gòu)則能有效避開(kāi)這些缺點(diǎn)。
它不再使用電池包模塊，而是將整個(gè)電池組構(gòu)建為車(chē)輛的結(jié)構(gòu)平臺(tái)。
這種設(shè)計(jì)能有效減少零部件數(shù)量和電池組總質(zhì)量，減少生產(chǎn)流程，提高效率，降低成本，并最終提高電動(dòng)汽車(chē)的續(xù)航里程。
使用CTC架構(gòu)后，特斯拉還計(jì)劃將座椅直接安裝在支架上，大大降低了底盤(pán)厚度，簡(jiǎn)化組裝過(guò)程，可有效降低成本，并提高續(xù)航效率。
但其缺點(diǎn)也很明顯，電芯直接參與了車(chē)輛結(jié)構(gòu)，一旦發(fā)生碰撞其危險(xiǎn)隱患也較大。為此，特斯拉在電池包底部設(shè)計(jì)了一層集成蜂窩狀網(wǎng)絡(luò)。
據(jù)InsideEVs報(bào)道推測(cè)，這一設(shè)計(jì)可以吸收電芯產(chǎn)生的氣體，在發(fā)生碰撞的時(shí)候也可以吸收物理沖擊。而且，該結(jié)構(gòu)將會(huì)是一個(gè)完整的鑄件，可以兼作結(jié)構(gòu)構(gòu)件，提升電池組的整體剛度。
但目前并沒(méi)有公開(kāi)資料支持這種推測(cè)，等搭載4680電池的新款Model Y上市應(yīng)該就能見(jiàn)分曉了。
特斯拉對(duì)2022的4680電池產(chǎn)能期待是100GWh，而其試點(diǎn)工廠的預(yù)計(jì)年產(chǎn)能目標(biāo)為10GWh。而其到2030年的目標(biāo)更是高達(dá)2000萬(wàn)臺(tái)車(chē)，對(duì)應(yīng)10TWh的動(dòng)力電池需求。
顯然，要想實(shí)現(xiàn)預(yù)期總產(chǎn)能，僅靠特斯拉自有的電池產(chǎn)能是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的。
作為特斯拉的老牌供應(yīng)商，松下是最早開(kāi)始與特斯拉共研4680電池的企業(yè)。2021年10月，松下展示了這款電池的原型。
據(jù)日經(jīng)新聞2022年1月報(bào)道，松下表示計(jì)劃在日本投資約800億日元（7億美元）建造電池廠，預(yù)期最早將于2023年起為特斯拉生產(chǎn)4680原型電池。
報(bào)道還指出，松下將在日本歌山縣的一家工廠生產(chǎn)4680電池，年產(chǎn)量約為10GWh，相當(dāng)于為15萬(wàn)輛汽車(chē)提供電池。
2月，松下財(cái)務(wù)總監(jiān)證實(shí)，松下正在翻新一個(gè)工廠為生產(chǎn)新型電池做準(zhǔn)備，預(yù)計(jì)將會(huì)在4月開(kāi)始試生產(chǎn)4680電動(dòng)車(chē)電池。
就特斯拉的需求而言，這樣的產(chǎn)能顯然是不夠的。
在此背景下，國(guó)內(nèi)外頭部鋰電池供應(yīng)商也開(kāi)始加速推進(jìn)4680電池產(chǎn)線建設(shè)。據(jù)稱(chēng)寧德時(shí)代、億緯鋰能、比克電池今年都將投入量產(chǎn)特斯拉4680電池。LG能源此前也證實(shí)正在開(kāi)發(fā)4680電池。
4680+CTC技術(shù)的路線，無(wú)疑將大大優(yōu)化特斯拉Model Y的電池性能。
那么同一天開(kāi)工的寧德時(shí)代（上海）智能科技一體化電動(dòng)底盤(pán)研制項(xiàng)目及瑞庭時(shí)代上海智能動(dòng)力系統(tǒng)項(xiàng)目（二期）是不是4680+CTC技術(shù)的電池工廠呢？
鑒于寧德時(shí)代主動(dòng)與特斯拉超級(jí)工廠背靠背的選址，雙方的合作應(yīng)該具有長(zhǎng)期性和戰(zhàn)略性。
最好的特斯拉電動(dòng)汽車(chē)應(yīng)該不遠(yuǎn)了。
關(guān)鍵詞： 能量密度 電動(dòng)汽車(chē)
