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4680電池,誰的砒霜,誰的蜜糖?

電動化浪潮之下,鋰電池行業(yè)的任何風(fēng)吹草動都被無限放大。近期,伴隨著4680電池面世時間的逼近,4680電池的相關(guān)板塊開始躁動不安。

電動化浪潮之下,鋰電池行業(yè)的任何風(fēng)吹草動都被無限放大。近期,伴隨著4680電池面世時間的逼近,4680電池的相關(guān)板塊開始躁動不安。


去年9月,我們在特斯拉“電池日”發(fā)布后的第一時間,就發(fā)文解讀了4680電池的技術(shù)層面內(nèi)容。那么4680電池的最終量產(chǎn)將對動力電池格局帶來哪些影響,本文試圖以現(xiàn)有的信息為依據(jù)做下解讀,供各位參考。



01

不要神話特斯拉



作為新能源車的旗手,特斯拉堪稱話題之王,但凡涉及到特斯拉的話題,不少追隨者首先就站隊到特斯拉這邊。從Model 3國產(chǎn)化到Model Y降價,似乎市場都提前給結(jié)局做了定性。這不,最近特斯拉即將量產(chǎn)4680電池的消息再度成為熱議話題。


不可否認(rèn)特斯拉是新能源車的領(lǐng)頭者,不管是銷量還是其在三電系統(tǒng)、智能座艙、自動駕駛方面的技術(shù)能力都是業(yè)內(nèi)領(lǐng)先。


但是,很多時候,我們未免過于神話特斯拉了。


當(dāng)初特斯拉要進(jìn)入中國的時候,很多不明真相的群眾大呼鯊魚來了,擔(dān)憂本土品牌和造車新勢力的生存空間。如今看來,國內(nèi)車企和造車新勢力不僅活下來了,還活得很好,“蔚小理”的月銷量早已破萬輛,成為國內(nèi)智能電動品牌的中堅力量。


除開主觀層面,馬斯克偏激進(jìn)甚至某些時候不靠譜的風(fēng)格也該讓市場先冷靜冷靜,不要急于給4680電池的成敗定調(diào)。對于動力電池的技術(shù)路線,特斯拉主導(dǎo)的圓柱電池并沒有成為主流,另外,馬斯克早前極力推崇的高鎳三元電池并沒有形成壓倒性優(yōu)勢,反倒磷酸鐵鋰卻備受追捧,連特斯拉自己也推出Model 3磷酸鐵鋰版本。


另外還有一些事例可以作為佐證。馬斯克曾多次在公開場合講到比特幣的價值,今年一月,特斯拉購買了價值15億美元的比特幣,到了3月份,馬斯克在推特上表示,特斯拉現(xiàn)在接受比特幣支付。因為特斯拉和馬斯克的熱度,本就處在風(fēng)口浪尖的比特幣又一次迎來價格飆升。


最終結(jié)果卻出乎預(yù)料,才過去兩個月,到了5月12日,馬斯克又“翻臉”說因為比特幣太耗電,不符合可持續(xù)發(fā)展的理念,特斯拉將不再接受比特幣支付,招來比特幣大跌。


要知道特斯拉早已在第一季度出售了價值2.72億美元的比特幣,并且從中獲得了大約1.01億美元的利潤。馬斯克的這波操作跟其“鋼鐵俠”人設(shè)多少有點不符。我們再看下特斯拉今年一季報,其一季度的利潤為4.38億美元,同比去年增加了1600萬美元,其實特斯拉出售比特幣和電動車積分帶來收益就占了一大部分。


還有馬斯克信誓旦旦保證的L5級別的自動駕駛技術(shù)遲遲沒有推出,電動皮卡的上市時間也是一拖再拖。還有特斯拉車輛的做工方面也是時常被吐槽的,內(nèi)飾簡陋、做工粗糙、用料隨意早已不是新鮮事兒。雖然現(xiàn)在的Model Y有了很大改進(jìn),但是跟國內(nèi)的同級別車比起來,還是遜色不少。


言歸正傳,回到4680電池這件事上,說到底特斯拉大圓柱電池的主要變化在于結(jié)構(gòu)創(chuàng)新(但也不要忽視電化創(chuàng)新層面為固態(tài)電池留下的伏筆),4680電池和比亞迪的刀片電池是有很多共同點的,刀片電池相當(dāng)于把原來的方形電池做得更長,4680電池是把原來的“小個子”放大成“矮胖子”(限于底盤的高度空間,圓柱電池的高度受到限制)。



圖1:刀片電池和方形電池的尺寸對比,資料來源:網(wǎng)絡(luò)


理論上,圓柱電池可以做的更“胖”,單個電池的容量會更大(4680電池的體積就是2170電池的5.5倍左右)。但電池不是容量大就行,還要考慮制造難度、快充性能、散熱效果等方面,不然那整個底盤就是一個電池多好,特斯拉最近的選擇是46mm的直徑。


另外有人說4680電池的每千瓦時成本下降了14%,那特斯拉是不是還要繼續(xù)降價?其實電池做大之后電池包的PACK成本跟著下降是自然的。這好比是500ml的礦泉水換成2.5L的大瓶子裝了,自然瓶蓋、包裝盒等材料跟著減少。


值得注意的是,電池企業(yè)仍是電池創(chuàng)新的引領(lǐng)者,寧德時代早在2019年推出的CTP技術(shù)就已經(jīng)實現(xiàn)了零部件減少40%、能量密度提升15%的結(jié)構(gòu)創(chuàng)新。還有CTC技術(shù),國內(nèi)多家企業(yè)早已開始布局。在筆者看來:對于4680圓柱電池的創(chuàng)新,可以積極樂觀,但不要因為特斯拉就過于亢奮。



圖2:特斯拉選擇46mm直徑作為2170圓柱電池的“升級版”,資料來源:特斯拉


不過,動力電池作為電動車做重要的部件之一,其每一個創(chuàng)新都值得重視。因此我們還是有必要詳細(xì)解析4860電池的創(chuàng)新之處。

 


02

4680電池背后的極限制造



【1】特斯拉的“無極耳”技術(shù)


單從生產(chǎn)制造角度,任何一家動力電池企業(yè)都可以把圓柱電池做大到46mm直徑,但是電池做大之后,快充和散熱等問題隨之而來,這才是真正讓人頭疼的,而這痛苦之源正是來自于極耳。


顧名思義,極耳就是電池正負(fù)極的“耳朵”,它是從電芯中將正負(fù)極引出來的金屬導(dǎo)電體,是電池在充放電時與外電路的接觸點。這個接觸點并不是我們看到的圓柱電池外表的那個銅片,而是電池內(nèi)部的一種連接,通常它是和正負(fù)集流體(鋁箔、銅箔)焊接在一塊的。




圖3:鋰電池極耳示意圖,資料來源:網(wǎng)絡(luò)


具體到電池充放電過程,電子是在橫穿整個電芯之后到達(dá)與電芯集流體焊接的極耳,再通過外部導(dǎo)線到達(dá)另一極。在電池工作中,電子的流動極易導(dǎo)致極耳焊接接處局部熱量過大,加之接觸點小,沒有足夠散熱空間,這一直是電池安全的瓶頸,當(dāng)前的快充也受制于極耳。


其實電池企業(yè)都知道圓柱電池要往大型化發(fā)展,但圓柱電池做大之后,電子需要橫穿的距離變長大,電阻也會隨著距離的增加而增大,上述提到的發(fā)熱問題反而變得更為嚴(yán)重。



圖4:鋰電池內(nèi)部示意圖,資料來源:錦緞研究院


那么,特斯拉是采用什么“黑科技”來解決這個問題呢?路徑無非就是縮短距離,增加接觸面。特斯拉計劃通過改變極耳結(jié)構(gòu),讓電子直接在電芯集流體和蓋板、殼體之間傳導(dǎo),縮短了電子在內(nèi)部的傳輸距離,同時極耳的接觸方式也從點接觸變成面接觸,大大增加了散熱面積。


講到這里,4680的無極耳技術(shù)的基本原理已經(jīng)清晰,所謂的無極耳其實是全極耳,這不過是馬斯克的文字游戲。而這個技術(shù),也是4680大圓柱電池最大的變化之一,值得敲黑板。

圖5:特斯拉全極耳技術(shù),資料來源:錦鍛研究院


值得一提的是,寧德時代的“前身”消費鋰電池龍頭ATL早在2015年就有鋰電池多極耳專利技術(shù)降低電池內(nèi)阻。


這個全極耳/無極耳技術(shù),也是4680電池內(nèi)部結(jié)構(gòu)最大的變化,能有效解決當(dāng)前快充發(fā)熱的難題。但隨之而來的,就是其制造難度同樣成倍提高了,電池企業(yè)需要用激光將極耳焊接,實際生產(chǎn)中對制造能力和設(shè)備要求極高。


截止目前,特斯拉也沒有完全解決極耳加工的良率上問題,這也是為什么宣傳的量產(chǎn)時間要等到2022年了。


對于全極耳技術(shù),另外的一層意義可能在于,當(dāng)圓柱電池做成全極耳后,其柱體繞制過程不需要頻繁的啟動停止(當(dāng)電池在生產(chǎn)系統(tǒng)中流轉(zhuǎn)時,它必須實時停止的極耳的位置上),可以實現(xiàn)真正意義上的流水線生產(chǎn),這將顯著提高生產(chǎn)效率,降低生產(chǎn)成本。



圖6:圓柱電池生產(chǎn)過程,資料來源:特斯拉

 

【2】電極干法工藝


正常電池生產(chǎn)的濕法工藝是將電級材料與溶劑、水等混合成漿料,再涂在鋁箔、銅箔上面,經(jīng)過數(shù)十米的烘干設(shè)備后再壓實成需要的厚度。而特斯拉的干法工藝是直接把材料干混,不經(jīng)過溶劑混合,然后將混合好的粉末壓在金屬泊上面,好處就是省去了烘干和溶劑回收流程。干濕法的切換,對于熟悉工業(yè)制造的朋友,應(yīng)該都不陌生。


不過上述看起來簡單的事情要完成卻非常難,干混如何達(dá)到材料均勻性,壓實后如何確保附著度,這些對工藝、設(shè)備都是嚴(yán)峻考驗。如果這項技術(shù)實現(xiàn),其流程的簡化讓4680電池的制造成本和環(huán)保成本都減小了,同時工廠的初始投資成本和占地成本也相應(yīng)減少(烘干產(chǎn)線長達(dá)數(shù)十米),將有利于新能源汽車行業(yè)的進(jìn)一步發(fā)展,這種創(chuàng)新確實是值得肯定的。


事實上,特斯拉早前也一直無法實現(xiàn)干法制造工藝,直到特斯拉在2019年溢價收購了超級電容公司Maxwell。馬斯克的目的很明確,就是看中這家公司的知識產(chǎn)權(quán)。這同樣印證了我們開篇所談的,不要神話特斯拉,飯要一口一口的吃。



圖7:干電池涂層工藝,資料來源:國信證券

 


03

松下的東山再起,不能單壓4680電池



【1】技術(shù)進(jìn)步有望帶來圓柱電池的復(fù)興


回顧我國動力電池的發(fā)展,最開始是磷酸鐵鋰的天下,那幾年專攻磷酸鐵鋰的比亞迪曾是國內(nèi)動力電池的帶頭大哥,后來由于政策等因素三元電池強勢崛起,直接把磷酸鐵鋰按在地上摩擦。在大家覺得磷酸鐵鋰要熄火的時候,磷酸鐵鋰奇跡般逆襲了,其裝機(jī)占比從2020年2月的13%躍升至今年9月的60.8%,至今已連續(xù)數(shù)月超過三元材料。


磷酸鐵鋰之所以能回潮,應(yīng)該歸功于寧德時代CTP和比亞迪刀片電池帶來的技術(shù)進(jìn)步,讓低能量密度的磷酸鐵鋰重回生機(jī)。畢竟磷酸鐵鋰的安全性和低成本早已為人所知,這些只是加速了回潮的過程。


從2019年至今的兩年時間,CTP技術(shù)、刀片電池、鈉離子電池、4680圓柱電池相繼面世。在大家覺得某條路線走不通的時候,動力電池企業(yè)一次次的極限制造突破和材料體系創(chuàng)新讓難以置信的事情成為理所當(dāng)然。


試問半導(dǎo)體行業(yè)的摩爾定律為什么一直有效,不是因為它本身是個規(guī)律,而是整個產(chǎn)業(yè)鏈企業(yè)的共同努力讓摩爾定律一直得以有效。


所以我們還是應(yīng)該積極樂觀看待動力電池的技術(shù)發(fā)展,不同場景之下,每一種技術(shù)路線都會有其用武之地。三元材料有突破的時候,唱衰磷酸鐵鋰;磷酸鐵鋰回潮的時候,又過度捧磷酸鐵鋰,這種武斷的二元論對于錯綜復(fù)雜的鋰電池行業(yè)顯然是行不通的。


現(xiàn)在很多投資者都習(xí)慣性的把4680電池和高鎳三元材料放在一起討論,其實磷酸鐵鋰和4680電池也是不錯的搭配,我們也將會關(guān)注這方面的變化。



圖8:動力電池裝機(jī)量變化趨勢,資料來源:公司公告


映射到圓柱電池上面,在主流車企幾乎均選擇方形或軟包方案的背景下,逐漸沒落的圓柱電池有希望憑借4680方案的實現(xiàn)迎來第二春。如今,海內(nèi)外的主流動力電池企業(yè)正在加快布局4680圓柱電池的建設(shè)腳步,提前搶占技術(shù)高地。


圖9:部分布局4680圓柱電池的企業(yè),資料來源:浙商證券

 

【2】昔日鋰電龍頭注定遲暮


在《全球鋰電軍備競賽:寧德時代和它的海外競爭對手們》文中,我們詳細(xì)解讀了松下電池的現(xiàn)狀。昔日的鋰電老前輩雖然技術(shù)沒得說,但商業(yè)模式的失敗導(dǎo)致其被一個又一個后輩超越。這次背靠4680電池,不少人看好松下將東山再起,甚至還會威脅到寧德的地位。


據(jù)松下透露,其在技術(shù)上基本已準(zhǔn)備好量產(chǎn)特斯拉4680電池,目前正在日本打造一條產(chǎn)線并進(jìn)行試產(chǎn),為量產(chǎn)做準(zhǔn)備。當(dāng)年松下憑借特斯拉的圓柱電池訂單一舉成為動力電池老大,這次特斯拉又首先找松下合作,松下真能靠著4680電池回歸嗎?


在我們看來,這件事還要打個大大的問號。


從18650到2170,松下一直和特斯拉緊密合作,其制造經(jīng)驗和技術(shù)儲備豐富,特斯拉自然優(yōu)先跟松下合作。但是由于極耳激光焊接的難度極高,光靠制造經(jīng)驗還不夠,結(jié)果就是現(xiàn)在松下的良率還是不到70%,據(jù)產(chǎn)業(yè)鏈調(diào)研,當(dāng)前特斯拉的激光焊接研發(fā)靠其收購的公司在突破,目前離品質(zhì)化量產(chǎn)的要求還有不小的差距,由此可見松下的先發(fā)優(yōu)勢并未形成領(lǐng)先優(yōu)勢,形勢依然不容過度樂觀。


另一方面,國內(nèi)的動力電池企業(yè)和韓國的LG、SK等都在加快布局4680圓柱電池,如果松下不能保住4680電池在特斯拉的主供地位,其全球份額可能還要繼續(xù)下降。


對松下更為不利的是,已經(jīng)有不少消息傳出特斯拉將在中國建立另一家超級工廠,卻不是松下的大本營日本,更不是韓國。馬斯克的意圖已經(jīng)很明顯了,就是要把更多的動力電池產(chǎn)業(yè)鏈放到國內(nèi),電池上面賺不到錢的韓國LG已經(jīng)主動把供應(yīng)鏈往中國轉(zhuǎn)移,國內(nèi)的動力電池產(chǎn)業(yè)鏈有望更上一層樓。最合乎邏輯的推演是:在4680,松下栽樹,國內(nèi)產(chǎn)業(yè)鏈摘果子。


當(dāng)年國家把特斯拉引入中國,并給予較大政策優(yōu)惠,實際上早已考慮到了中國的動力電池技術(shù)的自主可控,引進(jìn)特斯拉為的就是強者恒強。所以我們不必太過擔(dān)心4680電池會給國內(nèi)的動力電池企業(yè)帶來顛覆式?jīng)_擊,那些唱空的聲音該歇歇了。


 

04

國內(nèi)二線玩家的新戰(zhàn)場



【1】二線玩家的曙光初現(xiàn)


回到國內(nèi)市場,當(dāng)下我國動力電池格局是寧德時代一家獨大,剩余眾多二線企業(yè)除了奮起直追別無他法,這次4680圓柱電池可算為二線企業(yè)打開了新的大門。論方形電池,二線玩家確實很難與寧德正面競爭,但換到圓柱電池,大家差不多是相同的起跑線,所以誰能在圓柱電池勝出,還尚無定論。


我們在《寧德時代陰影下的動力電池生死競賽》文中分析了二線動力電池企業(yè)另辟蹊徑,尋找不同出入的策略?,F(xiàn)在難得有圓柱電池這樣的新戰(zhàn)場,二線玩家紛紛摩拳擦掌,準(zhǔn)備大干一場。


這隊伍中的積極份子當(dāng)屬億緯鋰能(SZ:300014),11月5日,億緯鋰能公告稱,公司子公司湖北億緯動力有限公司擬與荊門高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)開發(fā)區(qū)管理委員會簽訂《合同書》,將在荊門高新區(qū)投資建設(shè)20GWh乘用車用大圓柱電池生產(chǎn)線,在這個時點,億緯鋰能大概率就是奔著4680電池去的。


更有意思的是,早在上半年的4月30日,億緯鋰能就與StoreDot公司簽訂了《電動汽車戰(zhàn)略合作框架協(xié)議》。而后者在9月2日宣布已開發(fā)出了可以在10分鐘內(nèi)充滿電的4680圓柱電池。不愧是《“風(fēng)口之王”億緯鋰能:兩年10倍后還有動能嗎?》文中所總結(jié)的熱點狂魔,4680型動力電池已經(jīng)成為其新瞄準(zhǔn)的熱點。


當(dāng)然億緯鋰能本來就有技術(shù)儲備,不是單純追熱點。早在2017年6月,億緯鋰能就新建了4條兼容18650和21700電池并年產(chǎn)3.5GWh的圓柱電池生產(chǎn)線。

除了億緯鋰能,國內(nèi)還有比克電池、蜂巢能源等都在發(fā)力4680電池,“鐵王座”上的寧德時代,以及來勢洶洶的億緯鋰能們,動力電池的好戲正在一幕幕上演。


【2】極限制造能力的比拼


在特斯拉2020年電池日上,馬斯克重點提及,為了加速電動車的發(fā)展,特斯拉必須生產(chǎn)更多價格實惠的電動車。


特斯拉從電池設(shè)計、制造工藝、材料體系等方面尋找降本的機(jī)會,如果這些創(chuàng)新都成為現(xiàn)實,特斯拉鋰電池的續(xù)航里程將增長54%,成本將下降56%,投資額度將下降69%。


圖10:特斯拉將采用4680、干電極、硅、CTC等方式實現(xiàn)降本,資料來源:特斯拉


要完成上述的創(chuàng)新,不論是制造工藝,還是高效自動化生產(chǎn),都是考驗極限制造能力。在之前的文章中,我們多次提到動力電池的創(chuàng)新主要來自于材料體系創(chuàng)新和結(jié)構(gòu)創(chuàng)新。在材料體系較難突破的今天,結(jié)構(gòu)創(chuàng)新成為各大動力電池企業(yè)的競爭焦點,而結(jié)構(gòu)創(chuàng)新背后的推動力主要來自于極限制造能力。


從4680電池的創(chuàng)新點和量產(chǎn)難度上看,未來極限制造能力將成為動力電池企業(yè)制勝的關(guān)鍵因素之一。而制造能力,正是國內(nèi)制造業(yè)的拿手好戲。

 


05

砒霜與蜜糖



對于動力電池的任何變化,都不能掉以輕心,年初的刀片相信大家還記憶猶新。4680大圓柱,在不神話特斯拉的前提下,我們要用一個正確的方式來看待。


根據(jù)目前已經(jīng)披露的技術(shù)方面的信息,我們不難得到一個結(jié)論:由于4680電池主要是結(jié)構(gòu)層面的創(chuàng)新,不涉及底層技術(shù)的變革,所以設(shè)備和材料公司影響相對有限,跟2170相比,4680的生產(chǎn)工藝是基本一致,該用的材料都要用,這不像固態(tài)電池,直接把電解液、隔膜給干掉了。


【1】產(chǎn)業(yè)鏈變化


前文講到最大的變化,就是制造工藝。尤其是由于極耳焊接的變化,也就是激光焊接這一段,對焊接要求更高,將給激光焊接的相關(guān)企業(yè)帶來增量,比如聯(lián)贏激光(SH:688518)、大族激光(SZ:002008)、逸飛激光(未上市)等。


另外圓柱電池做大之后,其對電池的結(jié)構(gòu)件提出了更高的要求,電池外殼的加工工藝的難度變大了,需要更好的設(shè)備來卷邊,這方面是利好相關(guān)設(shè)備企業(yè),比如寧波精達(dá)(SH:603088)、斯萊克(SZ:300382)。但科達(dá)利(SZ:002850)是利空還是利好,仍需未來產(chǎn)業(yè)鏈更多信息來確認(rèn)。


當(dāng)然可能也有因此受損的領(lǐng)域,比如電池?zé)峁芾怼H珮O耳結(jié)構(gòu)低內(nèi)阻、發(fā)熱少,不需要復(fù)雜的冷卻系統(tǒng),并且采用大圓柱電池的電池包內(nèi)電池的數(shù)量相應(yīng)減少,所以電池包的熱管理會變得簡單,作為熱管理領(lǐng)域的龍頭,前期三花智控(SZ:002050)可能會受到影響。


【2】動力電池企業(yè)份額


除產(chǎn)業(yè)鏈配套公司外,大家最為關(guān)注的就是鋰電池玩家們份額的變化。前文也明確說到,對于掉隊的松下,4680不一定能扮演救命稻草的角色。


而由于4680強調(diào)極限制造能力,我們更加看好的還是國內(nèi)動力電池企業(yè),特斯拉國內(nèi)二廠的建設(shè)無疑又增強了我們的信心。隨著特斯拉國產(chǎn)的深化,國內(nèi)動力電池企業(yè)的全球份額有望進(jìn)一步增大,對于4680這一新物種,國內(nèi)的動力電池企業(yè)們,又將開啟新一輪的較量。

 

最后,我們還想說的是,羅馬不是一天建成的,尤其是對于動力電池這一龐大冗長的產(chǎn)業(yè)鏈來說,一項技術(shù)從提出到試產(chǎn)再到真正的量產(chǎn)需要足夠的時間來試錯和驗證。我們將會持續(xù)跟蹤4680電池的最新動態(tài),呈現(xiàn)更多有價值的分析。



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