特斯拉引以為傲的 4680 電池，量產(chǎn)遇到大問題了！連諾貝爾獎(jiǎng)得主也確認(rèn)了。
外媒路透社近日在采訪了 12 位電池專家后獲悉，因?yàn)殡娦旧a(chǎn)中的“干式涂布”工藝遲遲無法投入大規(guī)模量產(chǎn)，特斯拉的 4680 電芯自今年投產(chǎn)后一直都處于小批量生產(chǎn)階段，進(jìn)而只有少量特斯拉的車型能夠搭載 4680 電池進(jìn)行交付。
并且因?yàn)楫a(chǎn)量太小，4680 電池原本應(yīng)該發(fā)揮的大幅降低電池成本的作用也被打了個(gè)對折。
憑借無極耳、硅基負(fù)極等多個(gè)新設(shè)計(jì)，4680 電池在 2020 年發(fā)布時(shí)用一系列強(qiáng)勁的性能指標(biāo)吸引了全球的密切關(guān)注。特斯拉方面聲稱，在配合 CTC 技術(shù)后，能夠讓電動(dòng)汽車的續(xù)航提升 54%，且電池成本還能大幅下降。
猛一聽這簡直就是電動(dòng)車界的爆炸性技術(shù)突破，是明日之星。
但等了近 2 年之后，搭載 4680 電池的 Model Y 在美國已經(jīng)交付用戶，大家發(fā)現(xiàn)這些車型的續(xù)航不僅沒有提升反而還下降了，甚至現(xiàn)在連量產(chǎn)問題都還沒解決……
那么 4680 電池在生產(chǎn)中到底遇到了哪些問題？它到底采用了哪些技術(shù)創(chuàng)新，又能給特斯拉帶來哪些提升呢？路透社通過與 12 位了解特斯拉 4680 電池技術(shù)的專家進(jìn)行溝通后，回答了這些關(guān)鍵問題。
干式涂布技術(shù)難突破，4680 電池量產(chǎn)受阻
2020 年 9 月，特斯拉在電池日活動(dòng)上正式發(fā)布了引起全球關(guān)注的 4680 電池（電芯），并在今年于正式投產(chǎn)，安裝在特斯拉美國得州工廠生產(chǎn)的 Model Y 車型上。
▲ 特斯拉展示的 4680 電芯
該電池實(shí)現(xiàn)量產(chǎn)的一個(gè)關(guān)鍵是干式涂布工藝（dry-coating）。但專家們卻透露特斯拉在推進(jìn)這一工藝量產(chǎn)中卻遇到了不少挑戰(zhàn)。
鋰離子電池的共同發(fā)明人、2019 年諾貝爾獎(jiǎng)得主之一 Stan Whittingham 向外媒表示，“我認(rèn)為他（馬斯克）終將解決這個(gè)問題，但不會(huì)像他計(jì)劃得那樣快，因?yàn)樵摴に嚾孕枰恍r(shí)間來測試?！?/p>
在使用傳統(tǒng)濕法工藝涂抹電極時(shí)，電池生產(chǎn)商將材料與有毒的黏合劑溶劑混合。一旦完成涂層，電極就會(huì)在大型烘箱中干燥，在此過程中蒸發(fā)的有毒溶劑會(huì)被回收、處理和循環(huán)利用，而這些都增加了成本。
▲ 干電極生產(chǎn)過程
干式涂布工藝則不同了，在這項(xiàng)技術(shù)中，電極使用不同的黏合劑進(jìn)行涂抹，幾乎不使用液體，因此它們不需要被干燥。這意味著它更便宜、更快，對環(huán)境的破壞也更小。
特斯拉方面曾表示，該工藝幫助特斯拉將成本減少了三分之一，并將工廠的占地面積和能源消耗削減到濕法工藝的十分之一。
理論上看，該工藝確實(shí)很香，但現(xiàn)實(shí)卻相當(dāng)骨感。
2019 年，特斯拉通過出售股票，以 2.35 億美元收購了 Maxwell 公司。后者為其超級電容器研發(fā)出了干電極技術(shù)和干式涂布工藝。
據(jù)了解，Maxwell 的干電極技術(shù)和干式涂布工藝不僅可以讓電動(dòng)汽車的續(xù)航能力得到提升，而且該項(xiàng)技術(shù)還可以大幅簡化制造工藝，制造成本可以減少 10 至 20 個(gè)百分點(diǎn)，還能讓電池能量密度至少提升 20 至 30 個(gè)百分點(diǎn)。
▲ Maxwell 干電極技術(shù)介紹
但電動(dòng)汽車使用的動(dòng)力電池因?yàn)楦蠛透?，所以難以用干式涂布工藝在保證質(zhì)量的情況下進(jìn)行大規(guī)模量產(chǎn)。
“他們可以進(jìn)行小批量生產(chǎn)，但一旦加大產(chǎn)量就會(huì)遇到非常多的問題，太多了。”一位接近特斯拉的專家這樣向路透社評論道。
專家表示，因?yàn)楫a(chǎn)量太小了，所以該工藝原本應(yīng)該帶來的節(jié)約成本的效果根本無法實(shí)現(xiàn)。
電池專家們分析稱，目前搭載 4680 電池的 Model Y 的成本也只能下降 2000~3000 美元（約合人民幣 13956 元至 20934 元）。這個(gè)數(shù)字只相當(dāng)于特斯拉在 4680 電池發(fā)布會(huì)上公布的一半。
并且節(jié)省的這兩千多美元，主要還是因?yàn)殡姵馗罅瞬拍軐?shí)現(xiàn)的。
▲ 4680 電池
特斯拉原來需要使用 4400 個(gè) 2170 電芯為 Model Y 供電，即工人需要焊接 17600 個(gè)點(diǎn)（每個(gè)電池有 4 個(gè)焊點(diǎn)），才能組裝好一個(gè)電池組。
如果是 4680 電芯僅需 830 個(gè)，每個(gè)電芯只有兩個(gè)焊接點(diǎn)，焊點(diǎn)也減少到 1660 個(gè)，成本顯著降低了。而且更簡單的設(shè)計(jì)還意味著連接器和其他部件更少，這使得特斯拉能夠進(jìn)一步節(jié)省勞動(dòng)力成本和機(jī)器時(shí)間。
而如果干式涂布工藝能夠規(guī)模量產(chǎn)，則能讓 Model Y 所搭載的 4680 電池組的成本減少 5000~5500 美元（約合人民幣 38379 元）成本的一半）—— 比 2170 電池要減少一半。
而早在今年 2 月份，外媒 autoevolution 就援引一位博主的消息報(bào)道稱，特斯拉加州工廠的 4680 電芯良品率仍然很低，而這可能會(huì)影響電池的質(zhì)量。
當(dāng)時(shí)博主放出的文件圖片顯示，當(dāng)天有 14 臺(tái)機(jī)器在運(yùn)行，4680 電芯綜合良品率達(dá) 92%。其中一臺(tái)機(jī)器因?yàn)樾枰脕砼嘤?xùn)得州工廠的員工，所以所產(chǎn)電芯的不良率達(dá)到了 82%。
▲ 博主放出的文件圖片
生產(chǎn)數(shù)據(jù)還顯示，當(dāng)天工廠只生產(chǎn)了大約 6250 個(gè)電芯。而一輛 Model Y 大約需要 830 個(gè)電芯，這就意味著當(dāng)時(shí)工廠的產(chǎn)能大約只能滿足 7 輛 Model Y 的生產(chǎn)。
而在 8 月份的特斯拉股東會(huì)上，馬斯克仍宣布將在 2022 年底將大規(guī)模量產(chǎn) 4680 電池。但從專家的分析來看，這一目標(biāo)顯然難以實(shí)現(xiàn)。
4680 版 Model Y 續(xù)航無驚喜，主要是降本
今年 4 月，據(jù)外媒 Drive Tesla Canada 報(bào)道，特斯拉向其員工發(fā)送了一封郵件，郵件內(nèi)容顯示美國得州生產(chǎn)的標(biāo)準(zhǔn)續(xù)航版 Model Y 的起售價(jià)格為 5.999 萬美元（約合 38.1 萬元人民幣）。
需要注意的是，郵件里提到的得州工廠生產(chǎn)的 Model Y 正是特斯拉首款搭載了 4680 電池的車型。曝光的信息顯示，新車為雙電機(jī)版本，EPA 續(xù)航為 279 英里（約為 449 公里），0～60 英里（約為 96.5 公里）/時(shí)的加速時(shí)間為 5.0 秒，最高速度可以達(dá)到 217km / h。
名為 Spoken Reviews 的 YouTube 博主還買了一輛 4680 版 Model Y 并對其進(jìn)行了評測。
經(jīng)過測試，博主推測，在平均車速為 75 英里 / 小時(shí)（約 121 公里 / 小時(shí)）的條件下，得州產(chǎn)的 Model Y 全驅(qū)版實(shí)測滿電續(xù)航可以達(dá)到 230 英里（約 370 公里）。
▲ 博主曬出的說明書
而通過對中美歐特斯拉入門版 Model Y 的關(guān)鍵參數(shù)對比可以發(fā)現(xiàn)，4680 版 Model Y 的續(xù)航和加速并沒有明顯的亮點(diǎn)，與傳統(tǒng) 2170 電池并無很大差異。
▲ 中美歐特斯拉入門版 Model Y 參數(shù)對比（中間的是 4680 版 Model Y）
特斯拉官方解釋說，用 4680 電池以后 Model Y 全驅(qū)版性能下降是為了讓更多的人開上特斯拉 Model Y。不過網(wǎng)友并不買賬，認(rèn)為特斯拉是為了不影響其他版本 Model Y 的銷售，同時(shí)還想降低成本，既要面子，又要里子。
2020 年發(fā)布 4680 電池，看起來很不錯(cuò)
有意思的是，在 2020 年 9 月的特斯拉電池日活動(dòng)上，馬斯克對 4680 電池信心滿滿，計(jì)劃在今年實(shí)現(xiàn)量產(chǎn)。
當(dāng)時(shí)，馬斯克稱 4680 電芯的單體能量提升了 5 倍，輸出功率提升了 6 倍。再配合著 CTC（電芯直接裝入底盤）技術(shù)，新電芯整體能讓電動(dòng)車的續(xù)航提升 54%。
按照這個(gè)數(shù)據(jù)，也就是說能讓 Model 3 長續(xù)航版的 NEDC 續(xù)航從 668 公里升至 1000 公里以上。
為了達(dá)到這個(gè)目標(biāo)，特斯拉從電芯的結(jié)構(gòu)和材料上，都進(jìn)行了革新 —— 采用了更大的外形（直徑 46mm，高度 80mm）、內(nèi)部取消了極耳、用硅基材料替代了碳基負(fù)極，并進(jìn)一步降低了正極鈷元素的含量。
特斯拉要做的，并不僅僅是提升電池的性能。上述改進(jìn)結(jié)構(gòu)、優(yōu)化材料和裝配工藝的做法，同時(shí)還降低了電池的成本。
再加上優(yōu)化礦物開采和提煉流程、用自動(dòng)化設(shè)備改進(jìn)電芯制造工藝、開發(fā)電池回收技術(shù)等，特斯拉還將電池的度電成本（即每度電的價(jià)格）降低了 56%。
▲ 特斯拉自動(dòng)化電芯產(chǎn)線
當(dāng)然，當(dāng)時(shí)這個(gè)新電芯看似很美好，但其實(shí)里面部分技術(shù)還處于研究階段，比如硅基負(fù)極目前還是一個(gè)行業(yè)難題。所以特斯拉這次公布的技術(shù)，離量產(chǎn)還有距離。
而在這次電池日上，馬斯克也著重講到了干電極技術(shù)的生產(chǎn)。
生產(chǎn)時(shí)需先對電極進(jìn)行濕法處理，然后再將其引入到干電極技術(shù)，具體流程是將粉末狀的材料壓成膜，然后進(jìn)行干電極涂層，這一加工過程的工藝也比較復(fù)雜，當(dāng)時(shí)特斯拉還未實(shí)現(xiàn)量產(chǎn)。但好處是采用這一技術(shù)后，電池生產(chǎn)操作難度也降低了 10 倍。
▲ 干電極生產(chǎn)過程
當(dāng)時(shí)馬斯克也聊了 4680 電芯的裝配，他表示，就像飛機(jī)的結(jié)構(gòu)燃料箱位于機(jī)翼中一樣，特斯拉的電芯也將直接裝入底盤，成為車輛底盤的一部分（即 CTC 技術(shù)）。
這個(gè)技術(shù)首先是要用先進(jìn)的一體沖壓技術(shù)來做出車身，然后再將電芯裝入車輛中部。特斯拉表示，這種裝配工藝在保持容量不變的情況下，能夠省掉 370 個(gè)車身零部件，減輕 10% 的車身重量，同時(shí)還電池更接近車身中心，能夠更好平衡車身，提升穩(wěn)定性。
▲ 特斯拉 4680 電芯可直接裝入底盤
馬斯克還在電池日前在推特上表示，預(yù)計(jì)要到 2022 年才能量產(chǎn)新一代電芯，并且這個(gè)電芯將主要用于 Semi 卡車、火星皮卡和新一代的 Roadster 跑車。當(dāng)時(shí)，他并未透露新電芯將用于 Model Y，或許他當(dāng)時(shí)就對新電芯的產(chǎn)能比較擔(dān)心。
▲ 馬斯克當(dāng)時(shí)表示 2022 年或更晚才能量產(chǎn)
電池企業(yè)都在跟進(jìn)，國內(nèi)玩家領(lǐng)先一步
據(jù)了解，松下、LG 和三星等電池供應(yīng)商的 4680 電池產(chǎn)線正在逐步鋪開，國內(nèi)的電池廠商也在該賽道提前布局，唯恐落于人后。
今年 2 月，據(jù)外媒 CleanTechnica 報(bào)道，松下正在翻新工廠設(shè)備，將要試生產(chǎn) 4680 電池。松下當(dāng)時(shí)還表示 4680 電池若能交付，將首向特斯拉供應(yīng)。不過，或許要到明年，松下才能量產(chǎn) 4680 電池，目前相關(guān)產(chǎn)線正在建設(shè)中。
▲ 4680 電池與以往電池對比
今年 6 月，LG 也宣布將投資 5800 億韓元（約合 38 億元人民幣）建設(shè) 4680 電池生產(chǎn)線，但是投產(chǎn)的時(shí)間也在明年。
當(dāng)外媒的目光只聚集在海外電池巨頭身上時(shí)，他們往往會(huì)忽略一個(gè)事實(shí)，那就是中國早有企業(yè)拿出 4680 電池實(shí)物了。
而國內(nèi)最早拿出 4680 電池中國企業(yè)恐怕要數(shù)比克電池了。2021 年 3 月 19 日，中國國際電池技術(shù)展覽會(huì)（CIBF 2021）在深圳開幕，比克電池?cái)y帶多種規(guī)格的電池實(shí)物參展，其中就包括 4680 電池。
▲ 比克電池三位高管攜多種電池亮相 CIBF 2021 展，展品中包括 4680 電池
比克電池副總裁李丹在接受采訪時(shí)透露，4 系列（直徑 46mm 電芯產(chǎn)品）目前主要是定制產(chǎn)品，客戶可以與比克電池進(jìn)行聯(lián)合開發(fā)、制定電池的具體參數(shù)，而非定制化的量產(chǎn)版本大約會(huì)在 2022 年年底面世。
在 2021 上海車展上，億緯鋰能也將自家的 4680 電池帶上了展臺(tái)。
億緯鋰能基礎(chǔ)材料與技術(shù)研究室主任冀亞娟在接受采訪時(shí)表示，億緯鋰能布局的是 46800 和 46950 兩個(gè)大圓柱電池。公司在 2023 年后會(huì)逐步將大圓柱電池進(jìn)行市場推廣，預(yù)計(jì) 2023 時(shí)年產(chǎn)能達(dá)到 20GWh，2024 年達(dá)到 40GWh。
▲ 億緯鋰能 4680 電池展品
同樣帶著 4680 電池展品登陸上海車展的還有力神電池。不過車東西沒能找到更多關(guān)于力神 4680 電池的信息，只是找到了其他媒體在現(xiàn)場拍到的照片。
不管怎么說，目前已經(jīng)有三家中國企業(yè)帶著 4680 電池成品參加了大型展會(huì)。而且，未來可能還會(huì)有更多企業(yè)加入進(jìn)來。
結(jié)語：新技術(shù)發(fā)布容易量產(chǎn)難
回想 2020 年的特斯拉電池日，可謂是萬眾矚目。馬斯克拿出了 4680 電芯，憑借其他玩家都沒有的新技術(shù)，獲得了各種掌聲。并且 PPT 上醒目的數(shù)字無一不在提醒觀眾這個(gè)新電池非常厲害，具備革命性的意義。
但一眨眼 2 年過去了，搭載 4680 電池的車型在性能上并沒有給人驚喜，大家似乎逐漸忘了這個(gè)電池的存在，而特斯拉則在默默地解決量產(chǎn)難題，難免讓人唏噓。
看到眼下這種態(tài)勢，其實(shí)很明顯能想到一個(gè)結(jié)論，那就是任何新技術(shù)都是發(fā)布容易量產(chǎn)難。
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