4680电池：新造车和电池厂的“暗战”

作者 | 周永亮 编辑 | 靖宇

　　来源：极客公园

　　从2020开始的原材料价格上涨，终于在2022年传导到汽车终端，市场上一片涨价声。在这些喧嚣和无奈背后，新技术正在加速渗透，未来可能会改变新能源汽车格局。

　　3月17日，特斯拉官网显示，特斯拉Model Y后轮驱动版上调1.5万元，价格从30.18万元调整至31.69万元。这是特斯拉8天内第三次上调售价。3月10日，特斯拉中国宣布，高配Model3高性能版，以及Model Y长续航版/高性能版，价格都上涨1万元；3月15日，Model3和Model Y部分车型上调价格，幅度在1.4万元到2万元。目前，所有调价车型的提车等待周期都在16-20周左右。

　　其实，不仅仅是特斯拉，3月以来，已有近20家新能源车企宣布提价，提价幅度在几千元到1万多元不等。这背后的原因，主要是因为近期镍、锂等原材料的价格上涨，比如碳酸锂的价格一年间，从5万元/吨，上涨到现在的50万元/每吨。

　　要进一步降低成本，一般有两种方式：一种是扩大原材料产能，相关企业已经开始大力扩产。但要产能真正落地还需要时间，无法解决短期问题；另一种方式就是在结构、材料等环节上做文章，通过设计、制作工艺来实现。

　　进入2022年以来，汽车行业备受关注的技术中，就有4680电池和CTC（电芯直接与底盘集成）。最新信息是，特斯拉2月中旬宣布，其已在位于加利福尼亚州的试点工厂生产了100万块4680电池。

　　发改委价格监测中心汽车行业首席分析师程晓东告诉极客公园，当前原材料价格暴涨，已经超出了很多企业的承受范围，所以都在考虑降本增效。4680电池契合了提升里程、降低成本的诉求，很多玩家都在布局。不过，目前来看，4680电池还处于试生产阶段，尚未真正进入大规模量产阶段。如何提高良品率，跨过制造工艺难关，将是未来的关键。

　　什么是4680电池？

　　4680电池，最早是由特斯拉在2020年9月的“电池日”上发布。所谓“4680电池”，简单说，就是电芯直径是46mm，高度为80mm的圆柱形电池。这是特斯拉研发的第三代电池，此前采用的是1865电池和2170电池。相比前两代电池，4680电池是更大个的圆柱三元电池。

松下为特斯拉打造的4680电池试制品

　　从原理上看，4680圆柱形电池的创新更多的是结构层面，不涉及材料体系。但从应用层面上，高镍高硅才能发挥出4680大圆柱的优势。相比方形电池，4680圆柱形电池热性能更优，内应力分布均匀。目前，在正负极材料方面，国内外4680没有太大的差异，主要以“高镍+石墨”、“高镍+硅碳/硅氧”为主，这也是当前行业内其他形状电芯的策略。

　　这也契合当下动力电池的发展趋势，三元电池在材料端，开始走向高镍低钴/无钴，这样能降低成本和减少原材料短缺带来的限制；在电池结构方面，从模组开始走向无模组方案，可以更充分地利用空间。

　　其实，这里隐藏了一个问题，特斯拉为什么选择4680电池，而不是其他规格呢？光大证券在研报中表示，4680实现了成本降低与体积降低（续航里程）的平衡。一方面，提高圆柱电池的尺寸，可以降低结构件等的成本，但降本的幅度会趋于平缓。2020年9月，马斯克曾介绍称，4680电池的能量密度提升了5倍，续航里程提升了16%，输出功率提升了6倍，并且成本还降低了14%。

　　另一方面，如果圆柱电池尺寸过大，空间的利用率就会降低，这就会降低电芯体积能量密度，进而会影响续航；同时，大电芯的散热问题，一直是困扰电池行业发展的重要难点。因此，在降本和续航的平衡上，4680被认为是一个“最优解”。

　　这里特别需要注意的是，最优解存在一个范围，4680泛指大圆柱电池的尺寸，也包括4695等其他型号。

特斯拉4680电池示意图

　　为了把4680电池真正落地，特斯拉采用了很多新技术，比如无极耳技术和电极干法工艺。这也让它在制作工艺上，却遇到了极大的挑战，其中电芯的一致性和量产问题，尤为突出。据了解，4680电芯相比2170直径增大两倍以上，容积是2170电芯的5倍，这带来的结果是，电芯的生产过程中可能出现电芯容量，以及电芯内阻的不一致性问题。

　　与此同时，这也直接影响了电池良品率。芝加哥大学教授孟颖（ShirleyMeng）曾表示，在干电极制造工艺的大规模使用方面，马斯克可能会经历一次“死亡谷”。除此之外，在开始量产之前，需要进行一个相当漫长的设备微调过程，“电池生产很困难，即使对有经验的供应商来说也是如此。”

　　现实也确实如此。根据IT之家的报道，在早些时候，4680电芯的良品率仅为20%，在经过不断的技术改良之后，良品率已提高至70%-80%。据了解，4680电芯的量产具有一定的难度，90%的良品率是实现量产的要求。

　　近期，相关厂商也在持续微调，提高电池良品率。日前，一份某电芯企业专家交流的纪要显示，截止到2021年11月，松下电池和LG新能源的4680电芯的良品率在80-90%左右，宁德时代的良品率在80%左右，其他维持在70%左右甚至更低。

　　特斯拉制造100万个4680电芯的消息，就是在这样的背景下产生。据业内人士测算，100万个电芯仅仅能装配1041辆Model Y，远远无法满足当前的市场需求。但这则消息，预示着4680电池即将进入真正量产阶段。

　　打开“新副本”

　　在产能规划上，自特斯拉2020年发布4680电池后，各大电池厂跟进布局。目前，国外方面，松下电池表示，预计2022年4月，将开始4680电池的试生产，但大规模量产的时间和地点尚未确定；韩国的LG新能源和三星SDI，对4680电池也非常积极。根据最新披露的信息，LG新能源和三星SDI都已经完成4680电池的样品开发，正在优化材料、产线等制造的良品率问题。

4680电池

　　国内方面，宁德时代、亿纬锂能、比克电池、蜂巢能源等多家电池企业也在积极布局。2022年2月，据财联社援引BusinessKorea称，宁德时代、亿纬锂能、比克电池今年将投入量产4680电池。

　　其中，亿纬锂能和比克电池正积极扩建厂房。据了解，2021年11月，亿纬锂能发布公告称，将在荆门投资建设20GWh大圆柱电池产能项目。据业内人士分析，亿纬锂能20GWh大圆柱电池项目，主要为4680和4695大圆柱电池生产线，预计其4680大圆柱部分产线将分步建成投产。

　　随着4680电池接近量产，它可能会打开动力电池行业的“新副本”，冲击目前的竞争格局。

　　天风证券研报表示，宁德时代将几个方壳电芯的壳体优化掉，变成卷芯并联在一起降低成本；但和4680级联比起来，大方壳电芯由于阻抗很难下降，在成本相似条件下，快充会弱于4680电芯，4680电芯可以满足对续航里程和充电体验均有要求的终端消费者。

　　根据韩国市场研究机构SNE的数据显示，2021年，装机量最高的前十家企业中，共有6家中企、3家韩企，松下成为仅存的日企。其中，宁德时代全球装机量达到96.7GWh，市场占有率为32.6%，位列全球第一。LG新能源（20.3%）和松下（12.2%）紧随其后，它们被认为是第一梯队。

　　值得一提的是，前三名在2020年的市场份额还较为接近，分别为24.6%、23.4%、18.4%，但在2021年度发展速度不同，差距有所拉大。比亚迪、SKOn、三星SDI、中创新航、国轩高科、远景动力、蜂巢能源分列四至十位。

　　接下来，动力电池的排位，可能会有进一步的变化和调整。

　　未来“黑科技”

　　在2020年9月的电池日上，特斯拉除了发布了4680电芯外，还发布了全新的整包封装技术CTC（CelltoChassis），也就是取消电池包（Pack）设计，直接将电芯或模组安装在车身上。马斯克曾表示，采用了CTC技术后，配合一体化压铸技术，可以节省370个零部件，为车身减重10%，将每千瓦时的电池成本降低7%。

特斯拉未来车体架构图

　　这也就意味着，电池既是能源设备，也是结构本身。CTC把电池组作为车身结构的一部分，连接前后两个车身大型铸件，取消原有座舱底板，取代以电池上盖，座椅直接安装在电池上盖上。与此同时，CTC技术也并非仅适用4680电芯，同样适用其2170电芯，预计未来还会兼容其它尺寸电芯。

　　相比传统结构，CTC无疑是物理层面的巨大创新。传统做法，是将若干电池单体（cell）组成模组（Batteries），若干模组构成电池包（Pack）。现今主流的CTP技术，是从单体到电池包（celltopack），跳过模组，直接组成电池包，增加空间利用率，进而提升能量密度。国内主要有两种路线：一种是以比亚迪刀片电池、蜂巢能源L6006条电池为代表的完全无模组方案；另外一种是以宁德时代为代表的以大模组代替小模组的方案。

　　从电池模组到CTP，再到CTC，背后反映的是电池系统集成化的趋势。不过，CTC并非CTP的简单延伸。CTP并没有突破PACK本身，电池企业和专业PACK企业可以独立完成开发。但CTC的出现，将突破PACK的限制，直接涉及到汽车底盘，是电池企业、专业PACK企业难以独立开发的。

　　这带来的结果，可能是商业模式和分工协作的重新调整，主导权逐渐向车企转移。业内人士表示，CTP是电芯厂向整车厂夺回pack的产值，CTC则是整车厂向电芯厂抢话语权的手段。

　　国海证券研报表示，CTC将改变新能源汽车产业链分工，未来的产业趋势将围绕三个方面展开：一个是具备技术研发优势的整车企业，将掌控更多CTC主导权；另一个是主打自动驾驶等以轻资产运营的整车厂商，将交由第三方主导CTC开发；还有就是，在第三方主导CTC开发场景下，底盘厂商将与电池厂商展开竞争合作。

　　虽然CTC高度集成是未来的方向，但它的具体落地有自己的节奏。从目前方案来看，4680+CTC将主要应用于高端车；宁德时代方形CTP、比亚迪刀片CTP，以及蜂巢能源“6条”电池LCTP三类，将主要应用于中端车型。这主要是因为，圆柱比方形更适配高镍三元。相比之下，铁锂化学性质稳定，对散热和热失控要求较三元低，因此方形CTP非常契合铁锂体系的电池。

　　同时，4680+CTC方案，将有利于电池厂大规模高效率生产标准化产品，主机厂主导应用设计，在后端话语权增加。未来，尚未与电池头部企业深度捆绑的车企，可能会主动接受4680大圆柱电池。

　　随着新能源汽车的不断渗透和演进，未来肯定会出现更多的“黑科技”。但新技术的落地，并非一蹴而就，需要一定的时机和节奏。谁能把握好它，就能在未来抢占先机。

　　*图片来源：特斯拉