從 2020 開(kāi)始的原材料價(jià)格上漲,終于在 2022 年傳導(dǎo)到汽車(chē)終端,市場(chǎng)上一片漲價(jià)聲。在這些喧囂和無(wú)奈背后,新技術(shù)正在加速滲透,未來(lái)可能會(huì)改變新能源汽車(chē)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(wàn)元,價(jià)格從 30.18 萬(wàn)元調(diào)整至 31.69 萬(wàn)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(wàn)元;3 月 15 日,Model 3 和 Model Y 部分車(chē)型上調(diào)價(jià)格,幅度在 1.4 萬(wàn)元到 2 萬(wàn)元。目前,所有調(diào)價(jià)車(chē)型的提車(chē)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(lái),已有近 20 家新能源車(chē)企宣布提價(jià),提價(jià)幅度在幾千元到 1 萬(wàn)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(wàn)元/噸,上漲到現(xiàn)在的 50 萬(wàn)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(kāi)始大力擴(kuò)產(chǎn)。但要產(chǎn)能真正落地還需要時(shí)間,無(wú)法解決短期問(wèn)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(guò)設(shè)計(jì)、制作工藝來(lái)實(shí)現(xiàn)。
進(jìn)入 2022 年以來(lái),汽車(chē)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(pán)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(wàn)塊 4680 電池。
發(fā)改委價(jià)格監(jiān)測(cè)中心汽車(chē)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(guò),目前來(lái)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(guò)制造工藝難關(guān),將是未來(lái)的關(guān)鍵。
01
什么是 4680 電池?
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(shuō),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。
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(méi)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(kāi)始走向高鎳低鈷/無(wú)鈷,這樣能降低成本和減少原材料短缺帶來(lái)的限制;在電池結(jié)構(gòu)方面,從模組開(kāi)始走向無(wú)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(wèn)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(chēng),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(guò)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(wèn)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)。
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(wú)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(wèn)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(lái)的結(jié)果是,電芯的生產(chǎn)過(guò)程中可能出現(xiàn)電芯容量,以及電芯內(nèi)阻的不一致性問(wèn)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(kāi)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(guò)程,「電池生產(chǎn)很困難,即使對(duì)有經(jīng)驗(yàn)的供應(yīng)商來(lái)說(shuō)也是如此!
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(guò)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(zhuān)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(wàn)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(wàn)個(gè)電芯僅僅能裝配 1041 輛 Model Y,遠(yuǎn)遠(yuǎn)無(wú)法滿(mǎn)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。
02
打開(kāi)「新副本」
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(kāi)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(kāi)發(fā),正在優(yōu)化材料、產(chǎn)線(xiàn)等制造的良品率問(wèn)題。
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(chēng),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(chēng),將在荊門(mén)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(xiàn),預(yù)計(jì)其 4680 大圓柱部分產(chǎn)線(xiàn)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(kāi)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(lái),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(mǎn)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(lái),動(dòng)力電池的排位,可能會(huì)有進(jìn)一步的變化和調(diào)整。
03
未來(lái)「黑科技」
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(chē)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(chē)身減重 10%,將每千瓦時(shí)的電池成本降低 7%。
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(chē)身結(jié)構(gòu)的一部分,連接前后兩個(gè)車(chē)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(lái)還會(huì)兼容其它尺寸電芯。
相比傳統(tǒng)結(jié)構(gòu),CTC 無(wú)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)。現(xiàn)今主流的 CTP 技術(shù),是從單體到電池包(cell to pack),跳過(guò)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(xiàn):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(wú)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(guò),CTC 并非 CTP 的簡(jiǎn)單延伸。CTP 并沒(méi)有突破 PACK 本身,電池企業(yè)和專(zhuān)業(yè) PACK 企業(yè)可以獨(dú)立完成開(kāi)發(fā)。但 CTC 的出現(xiàn),將突破 PACK 的限制,直接涉及到汽車(chē)底盤(pán),是電池企業(yè)、專(zhuān)業(yè) PACK 企業(yè)難以獨(dú)立開(kāi)發(fā)的。
這帶來(lái)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(chē)企轉(zhuǎn)移。業(yè)內(nèi)人士表示,CTP 是電芯廠向整車(chē)廠奪回 pack 的產(chǎn)值,CTC 則是整車(chē)廠向電芯廠搶話(huà)語(yǔ)權(quán)的手段。
國(guó)海證券研報(bào)表示,CTC 將改變新能源汽車(chē)產(chǎn)業(yè)鏈分工,未來(lái)的產(chǎn)業(yè)趨勢(shì)將圍繞三個(gè)方面展開(kāi):一個(gè)是具備技術(shù)研發(fā)優(yōu)勢(shì)的整車(chē)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(chē)廠商,將交由第三方主導(dǎo) CTC 開(kāi)發(fā);還有就是,在第三方主導(dǎo) CTC 開(kāi)發(fā)場(chǎng)景下,底盤(pán)廠商將與電池廠商展開(kāi)競(jìng)爭(zhēng)合作。
雖然 CTC 高度集成是未來(lái)的方向,但它的具體落地有自己的節(jié)奏。從目前方案來(lái)看,4680+CTC 將主要應(yīng)用于高端車(chē);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(lèi),將主要應(yīng)用于中端車(chē)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(huà)語(yǔ)權(quán)增加。未來(lái),尚未與電池頭部企業(yè)深度捆綁的車(chē)企,可能會(huì)主動(dòng)接受 4680 大圓柱電池。
隨著新能源汽車(chē)的不斷滲透和演進(jìn),未來(lái)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(shuí)能把握好它,就能在未來(lái)?yè)屨枷葯C(jī)。
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