從 2020 開始的原材料價(jià)格上漲，終于在 2022 年傳導(dǎo)到汽車終端，市場(chǎng)上一片漲價(jià)聲。在這些喧囂和無奈背后，新技術(shù)正在加速滲透，未來可能會(huì)改變新能源汽車格局。
3 月 17 日，特斯拉官網(wǎng)顯示，特斯拉 Model Y 后輪驅(qū)動(dòng)版上調(diào) 1.5 萬元，價(jià)格從 30.18 萬元調(diào)整至 31.69 萬元。這是特斯拉 8 天內(nèi)第三次上調(diào)售價(jià)。3 月 10 日，特斯拉中國(guó)宣布，高配 Model 3 高性能版，以及 Model Y 長(zhǎng)續(xù)航版/高性能版，價(jià)格都上漲 1 萬元；3 月 15 日，Model 3 和 Model Y 部分車型上調(diào)價(jià)格，幅度在 1.4 萬元到 2 萬元。目前，所有調(diào)價(jià)車型的提車等待周期都在 16-20 周左右。
其實(shí)，不僅僅是特斯拉，3 月以來，已有近 20 家新能源車企宣布提價(jià)，提價(jià)幅度在幾千元到 1 萬多元不等。這背后的原因，主要是因?yàn)榻阪?、鋰等原材料的價(jià)格上漲，比如碳酸鋰的價(jià)格一年間，從 5 萬元/噸，上漲到現(xiàn)在的 50 萬元/每噸。
要進(jìn)一步降低成本，一般有兩種方式：一種是擴(kuò)大原材料產(chǎn)能，相關(guān)企業(yè)已經(jīng)開始大力擴(kuò)產(chǎn)。但要產(chǎn)能真正落地還需要時(shí)間，無法解決短期問題；另一種方式就是在結(jié)構(gòu)、材料等環(huán)節(jié)上做文章，通過設(shè)計(jì)、制作工藝來實(shí)現(xiàn)。
進(jìn)入 2022 年以來，汽車行業(yè)備受關(guān)注的技術(shù)中，就有 4680 電池和 CTC（電芯直接與底盤集成）。最新信息是，特斯拉 2 月中旬宣布，其已在位于加利福尼亞州的試點(diǎn)工廠生產(chǎn)了 100 萬塊 4680 電池。
發(fā)改委價(jià)格監(jiān)測(cè)中心汽車行業(yè)首席分析師程曉東告訴極客公園，當(dāng)前原材料價(jià)格暴漲，已經(jīng)超出了很多企業(yè)的承受范圍，所以都在考慮降本增效。4680 電池契合了提升里程、降低成本的訴求，很多玩家都在布局。不過，目前來看，4680 電池還處于試生產(chǎn)階段，尚未真正進(jìn)入大規(guī)模量產(chǎn)階段。如何提高良品率，跨過制造工藝難關(guān)，將是未來的關(guān)鍵。
4680 電池，最早是由特斯拉在 2020 年 9 月的「電池日」上發(fā)布。所謂「4680 電池」，簡(jiǎn)單說，就是電芯直徑是 46mm，高度為 80mm 的圓柱形電池。這是特斯拉研發(fā)的第三代電池，此前采用的是 1865 電池和 2170 電池。相比前兩代電池，4680 電池是更大個(gè)的圓柱三元電池。
松下為特斯拉打造的 4680 電池試制品
從原理上看，4680 圓柱形電池的創(chuàng)新更多的是結(jié)構(gòu)層面，不涉及材料體系。但從應(yīng)用層面上，高鎳高硅才能發(fā)揮出 4680 大圓柱的優(yōu)勢(shì)。相比方形電池，4680 圓柱形電池?zé)嵝阅芨鼉?yōu)，內(nèi)應(yīng)力分布均勻。目前，在正負(fù)極材料方面，國(guó)內(nèi)外 4680 沒有太大的差異，主要以「高鎳+石墨」、「高鎳+硅碳/硅氧」為主，這也是當(dāng)前行業(yè)內(nèi)其他形狀電芯的策略。
這也契合當(dāng)下動(dòng)力電池的發(fā)展趨勢(shì)，三元電池在材料端，開始走向高鎳低鈷/無鈷，這樣能降低成本和減少原材料短缺帶來的限制；在電池結(jié)構(gòu)方面，從模組開始走向無模組方案，可以更充分地利用空間。
其實(shí)，這里隱藏了一個(gè)問題，特斯拉為什么選擇 4680 電池，而不是其他規(guī)格呢？光大證券在研報(bào)中表示，4680 實(shí)現(xiàn)了成本降低與體積降低（續(xù)航里程）的平衡。一方面，提高圓柱電池的尺寸，可以降低結(jié)構(gòu)件等的成本，但降本的幅度會(huì)趨于平緩。2020 年 9 月，馬斯克曾介紹稱，4680 電池的能量密度提升了 5 倍，續(xù)航里程提升了 16%，輸出功率提升了 6 倍，并且成本還降低了 14%。
另一方面，如果圓柱電池尺寸過大，空間的利用率就會(huì)降低，這就會(huì)降低電芯體積能量密度，進(jìn)而會(huì)影響續(xù)航；同時(shí)，大電芯的散熱問題，一直是困擾電池行業(yè)發(fā)展的重要難點(diǎn)。因此，在降本和續(xù)航的平衡上，4680 被認(rèn)為是一個(gè)「最優(yōu)解」。
這里特別需要注意的是，最優(yōu)解存在一個(gè)范圍，4680 泛指大圓柱電池的尺寸，也包括 4695 等其他型號(hào)。
特斯拉 4680 電池示意圖
為了把 4680 電池真正落地，特斯拉采用了很多新技術(shù)，比如無極耳技術(shù)和電極干法工藝。這也讓它在制作工藝上，卻遇到了極大的挑戰(zhàn)，其中電芯的一致性和量產(chǎn)問題，尤為突出。據(jù)了解，4680 電芯相比 2170 直徑增大兩倍以上，容積是 2170 電芯的 5 倍，這帶來的結(jié)果是，電芯的生產(chǎn)過程中可能出現(xiàn)電芯容量，以及電芯內(nèi)阻的不一致性問題。
與此同時(shí)，這也直接影響了電池良品率。芝加哥大學(xué)教授孟穎（Shirley Meng）曾表示，在干電極制造工藝的大規(guī)模使用方面，馬斯克可能會(huì)經(jīng)歷一次「死亡谷」。除此之外，在開始量產(chǎn)之前，需要進(jìn)行一個(gè)相當(dāng)漫長(zhǎng)的設(shè)備微調(diào)過程，「電池生產(chǎn)很困難，即使對(duì)有經(jīng)驗(yàn)的供應(yīng)商來說也是如此?！?/p>
現(xiàn)實(shí)也確實(shí)如此。根據(jù) IT 之家的報(bào)道，在早些時(shí)候，4680 電芯的良品率僅為 20%，在經(jīng)過不斷的技術(shù)改良之后，良品率已提高至 70%-80%。據(jù)了解，4680 電芯的量產(chǎn)具有一定的難度，90% 的良品率是實(shí)現(xiàn)量產(chǎn)的要求。
近期，相關(guān)廠商也在持續(xù)微調(diào)，提高電池良品率。日前，一份某電芯企業(yè)專家交流的紀(jì)要顯示，截止到 2021 年 11 月，松下電池和 LG 新能源的 4680 電芯的良品率在 80-90% 左右，寧德時(shí)代的良品率在 80% 左右，其他維持在 70% 左右甚至更低。
特斯拉制造 100 萬個(gè) 4680 電芯的消息，就是在這樣的背景下產(chǎn)生。據(jù)業(yè)內(nèi)人士測(cè)算，100 萬個(gè)電芯僅僅能裝配 1041 輛 Model Y，遠(yuǎn)遠(yuǎn)無法滿足當(dāng)前的市場(chǎng)需求。但這則消息，預(yù)示著 4680 電池即將進(jìn)入真正量產(chǎn)階段。
在產(chǎn)能規(guī)劃上，自特斯拉 2020 年發(fā)布 4680 電池后，各大電池廠跟進(jìn)布局。目前，國(guó)外方面，松下電池表示，預(yù)計(jì) 2022 年 4 月，將開始 4680 電池的試生產(chǎn)，但大規(guī)模量產(chǎn)的時(shí)間和地點(diǎn)尚未確定；韓國(guó)的 LG 新能源和三星 SDI，對(duì) 4680 電池也非常積極。根據(jù)最新披露的信息，LG 新能源和三星 SDI 都已經(jīng)完成 4680 電池的樣品開發(fā)，正在優(yōu)化材料、產(chǎn)線等制造的良品率問題。
4680 電池
國(guó)內(nèi)方面，寧德時(shí)代、億緯鋰能、比克電池、蜂巢能源等多家電池企業(yè)也在積極布局。2022 年 2 月，據(jù)財(cái)聯(lián)社援引 Business Korea 稱，寧德時(shí)代、億緯鋰能、比克電池今年將投入量產(chǎn) 4680 電池。
其中，億緯鋰能和比克電池正積極擴(kuò)建廠房。據(jù)了解，2021 年 11 月，億緯鋰能發(fā)布公告稱，將在荊門投資建設(shè) 20GWh 大圓柱電池產(chǎn)能項(xiàng)目。據(jù)業(yè)內(nèi)人士分析，億緯鋰能 20GWh 大圓柱電池項(xiàng)目，主要為 4680 和 4695 大圓柱電池生產(chǎn)線，預(yù)計(jì)其 4680 大圓柱部分產(chǎn)線將分步建成投產(chǎn)。
隨著 4680 電池接近量產(chǎn)，它可能會(huì)打開動(dòng)力電池行業(yè)的「新副本」，沖擊目前的競(jìng)爭(zhēng)格局。
天風(fēng)證券研報(bào)表示，寧德時(shí)代將幾個(gè)方殼電芯的殼體優(yōu)化掉，變成卷芯并聯(lián)在一起降低成本；但和 4680 級(jí)聯(lián)比起來，大方殼電芯由于阻抗很難下降，在成本相似條件下，快充會(huì)弱于 4680 電芯，4680 電芯可以滿足對(duì)續(xù)航里程和充電體驗(yàn)均有要求的終端消費(fèi)者。
根據(jù)韓國(guó)市場(chǎng)研究機(jī)構(gòu) SNE 的數(shù)據(jù)顯示，2021 年，裝機(jī)量最高的前十家企業(yè)中，共有 6 家中企、3 家韓企，松下成為僅存的日企。其中，寧德時(shí)代全球裝機(jī)量達(dá)到 96.7GWh，市場(chǎng)占有率為 32.6%，位列全球第一。LG 新能源（20.3%）和松下（12.2%）緊隨其后，它們被認(rèn)為是第一梯隊(duì)。
值得一提的是，前三名在 2020 年的市場(chǎng)份額還較為接近，分別為 24.6%、23.4%、18.4%，但在 2021 年度發(fā)展速度不同，差距有所拉大。比亞迪、SK On、三星 SDI、中創(chuàng)新航、國(guó)軒高科、遠(yuǎn)景動(dòng)力、蜂巢能源分列四至十位。
接下來，動(dòng)力電池的排位，可能會(huì)有進(jìn)一步的變化和調(diào)整。
在 2020 年 9 月的電池日上，特斯拉除了發(fā)布了 4680 電芯外，還發(fā)布了全新的整包封裝技術(shù) CTC（Cell to Chassis），也就是取消電池包（Pack）設(shè)計(jì)，直接將電芯或模組安裝在車身上。馬斯克曾表示，采用了 CTC 技術(shù)后，配合一體化壓鑄技術(shù)，可以節(jié)省 370 個(gè)零部件，為車身減重 10%，將每千瓦時(shí)的電池成本降低 7%。
特斯拉未來車體架構(gòu)圖
這也就意味著，電池既是能源設(shè)備，也是結(jié)構(gòu)本身。CTC 把電池組作為車身結(jié)構(gòu)的一部分，連接前后兩個(gè)車身大型鑄件，取消原有座艙底板，取代以電池上蓋，座椅直接安裝在電池上蓋上。與此同時(shí)，CTC 技術(shù)也并非僅適用 4680 電芯，同樣適用其 2170 電芯，預(yù)計(jì)未來還會(huì)兼容其它尺寸電芯。
相比傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)，CTC 無疑是物理層面的巨大創(chuàng)新。傳統(tǒng)做法，是將若干電池單體（cell）組成模組（Batteries），若干模組構(gòu)成電池包（Pack）?，F(xiàn)今主流的 CTP 技術(shù)，是從單體到電池包（cell to pack），跳過模組，直接組成電池包，增加空間利用率，進(jìn)而提升能量密度。國(guó)內(nèi)主要有兩種路線：一種是以比亞迪刀片電池、蜂巢能源 L600 6 條電池為代表的完全無模組方案；另外一種是以寧德時(shí)代為代表的以大模組代替小模組的方案。
從電池模組到 CTP，再到 CTC，背后反映的是電池系統(tǒng)集成化的趨勢(shì)。不過，CTC 并非 CTP 的簡(jiǎn)單延伸。CTP 并沒有突破 PACK 本身，電池企業(yè)和專業(yè) PACK 企業(yè)可以獨(dú)立完成開發(fā)。但 CTC 的出現(xiàn)，將突破 PACK 的限制，直接涉及到汽車底盤，是電池企業(yè)、專業(yè) PACK 企業(yè)難以獨(dú)立開發(fā)的。
這帶來的結(jié)果，可能是商業(yè)模式和分工協(xié)作的重新調(diào)整，主導(dǎo)權(quán)逐漸向車企轉(zhuǎn)移。業(yè)內(nèi)人士表示，CTP 是電芯廠向整車廠奪回 pack 的產(chǎn)值，CTC 則是整車廠向電芯廠搶話語權(quán)的手段。
國(guó)海證券研報(bào)表示，CTC 將改變新能源汽車產(chǎn)業(yè)鏈分工，未來的產(chǎn)業(yè)趨勢(shì)將圍繞三個(gè)方面展開：一個(gè)是具備技術(shù)研發(fā)優(yōu)勢(shì)的整車企業(yè)，將掌控更多 CTC 主導(dǎo)權(quán)；另一個(gè)是主打自動(dòng)駕駛等以輕資產(chǎn)運(yùn)營(yíng)的整車廠商，將交由第三方主導(dǎo) CTC 開發(fā)；還有就是，在第三方主導(dǎo) CTC 開發(fā)場(chǎng)景下，底盤廠商將與電池廠商展開競(jìng)爭(zhēng)合作。
雖然 CTC 高度集成是未來的方向，但它的具體落地有自己的節(jié)奏。從目前方案來看，4680+CTC 將主要應(yīng)用于高端車；寧德時(shí)代方形 CTP、比亞迪刀片 CTP，以及蜂巢能源「6 條」電池 LCTP 三類，將主要應(yīng)用于中端車型。這主要是因?yàn)?，圓柱比方形更適配高鎳三元。相比之下，鐵鋰化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定，對(duì)散熱和熱失控要求較三元低，因此方形 CTP 非常契合鐵鋰體系的電池。
同時(shí)，4680+CTC 方案，將有利于電池廠大規(guī)模高效率生產(chǎn)標(biāo)準(zhǔn)化產(chǎn)品，主機(jī)廠主導(dǎo)應(yīng)用設(shè)計(jì)，在后端話語權(quán)增加。未來，尚未與電池頭部企業(yè)深度捆綁的車企，可能會(huì)主動(dòng)接受 4680 大圓柱電池。
隨著新能源汽車的不斷滲透和演進(jìn)，未來肯定會(huì)出現(xiàn)更多的「黑科技」。但新技術(shù)的落地，并非一蹴而就，需要一定的時(shí)機(jī)和節(jié)奏。誰能把握好它，就能在未來?yè)屨枷葯C(jī)。
*圖片來源：特斯拉
電動(dòng)汽車真的電池越大就越好嗎？
