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夏天投研

新能源电池大变局!

4680的出圈,让被压制很久的三元电池阵营又迎来了一波关注。

4680大圆柱电池不是个新概念,去年特斯拉电池日上老马就疯狂安利过。

其命名含义是电池直径46mm、高80mm,也是2170圆柱的替代品。

这次时隔1年后再次爆火,主要受两个消息催化。

一是特斯拉将在加拿大建一座锂电设备厂,主要做4680电池量产,最快明年上半年先用在ModelY上。

二是亿纬锂能刘老板在湖北荆门项目开工仪式上,发表的一段讲话:

“我们现在建的,是中国第一家,有可能在全世界最先量产4680、4695电池的生产基地,这里生产的电池将装备给全世界最牛逼的公司。”

群众普遍比较感兴趣的是,这“全世界最牛逼”指的哪家。

目前,明确在技术路线上使用大圆柱的车企只有两家,特斯拉和宝马。

特斯拉后期用4680是板上钉钉,宝马之前一直走方形路线,后面也要加入大圆柱,电池技术平台转向4695。

亿纬锂能在荆门的乘用车大圆柱项目产能总共20GWh,宝马不用4680,别的车企除了特斯拉都吃不了这么大的量。

所以,这一波相当于在明示,亿纬很可能会成为特斯拉的供应商。

之前亿纬锂能就疑似在纪要里透露过,相信自己的大圆柱会比宁德做的好,如果这次入特实锤,也算是局部逆袭了。

4680真有搞头?

4680大圆柱这阵风是特斯拉吹起来的,去年大家都当个概念来看,因为没哪家能量产。

而最近一系列的信号表明,明年特斯拉、松下、亿纬这些大厂的大圆柱就能实现规模出货。

网上一段视频显示,装着正极、负极生产设备的卡车已经开进了特斯拉在德州的超级工厂,准备试产4680电池。

上个月,柏林超级工厂落成,明年开始交付搭4680的ModelY。

松下的进展还要更快一点,之前搞了条测试线,现在在搭正式产线,明年上半年就能量产。

亿纬的大圆柱项目刚开建,估计到明年底完成,规模放量和供应会等到23年。

技术层面上,2170到4680的升级,绝不仅是“从5号电池到1号电池”那么简单。

主流动力电池按材料可以分成三元、磷酸铁锂,按结构可以分成方形、软包和圆柱。

海外车企之前走三元路线,北美特斯拉以NCA为主,欧洲那边是NCM,基本没有用磷酸铁锂的。

今年开始,铁锂的风潮流向海外,标志是Model3、ModelY标准版会大规模采用磷酸铁锂电池。

之后韩系大厂LG、SKI也纷纷表示要加入磷酸铁锂技术。

国内近年情况属于三元、铁锂轮流坐庄,今年轮到磷酸铁锂逆袭。

2017年以前,新能源车市场主要以商用车为主,铁锂的成本、安全性恰好契合商用车,所以一直占大头,这时候三元铁锂大概是37开。

17年开始,新能源汽车补贴要求开始围绕续航里程、能量密度、电耗三个指标展开,三元电池在这方面有先天优势,总体上占据了60%~70%的市场。

而到今年,磷酸铁锂又开始逆袭,7月以后国内铁锂电池的装车量连续四个月超越三元电池。

三元还是铁锂?面对这个大是大非问题,大的电池、材料厂都不敢单方面梭哈。

国外的LG、SKI,国内的华友钴业,最近都在考虑往铁锂方面做。

大厂里面,松下的头最铁,表示会坚持做三元。

所以,近几年的材料路线不会有大的变化,4680也很难改变这种现状。

但这并不妨碍,4680会有很大的搞头。

与传统电池相比,除了体积变大,4680采用了无极耳设计,就是没有传统电池的那一块凸起,头顶是平的。

而2170和1865电池一般是一个极耳或者两头极耳,大圆柱则将负极整合成一体和外壳相通,整个外壳都是负极,所以也能叫“全极耳”。

无极耳的设计可以让导电涂层直接与电池端盖接触,接触面积达到100%,很大缓解了电池单体散热的问题。

目前,大部分车企使用液冷作为热管理的主要手段,而圆柱电芯排列后本身就有空隙,阻碍了一定的热传递,再配合无极耳设计,有很高的防热阈值。

另外,4680的开发初衷是为了提高能量密度,体积大了后,更能兼容高能量密度材料如高镍、硅碳等。

所以大圆柱最适合的就是高镍三元,包括超高镍的NCMA、91等方案。

前期能量密度目标是300wh/kg,后期用超高镍、硅碳负极后,可以做到350-400wh/kg,突破现有的能量密度瓶颈。

除了在热管理和能量密度上有较大提升外,大圆柱还有个大看点是跟其搭配的CTC封装方案。

CTC就是把圆柱电芯直接集成到整车底盘上,去掉了电池包和模组,实现了电池和车身一体化。

不夸张地说,CTC技术的应用能把圆柱电池带到一个全新的维度。

原材料普涨的背景下,通过组装技术实现降本非常重要,CTC能节省很多的pack和模组,在降本的同时还能减重。

按老马自己的话说,采用了CTC技术后,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%。

4680的无极耳,叠加激光焊接技术、CTC技术,使得锂电子从阴极到阳极转换速度更快,能量密度更高。

4680+CTC的组合,很有可能实现宁德曾老板当初的预测,“使新能源汽车成本可以直接和燃油车竞争”。

所以,从高续航和降本的角度,4680都会有搞头。

颠覆电池格局?

4680作为还未量产的“新事物“,本身有不错的优势。

而特斯拉作为行业先驱,已经引发数次锂电产业链革命,有极强的带货效应。

所以市场上就有声音,觉得4680有机会引起一场技术变革,颠覆动力电池现有格局,扭转三元的颓势。

今年前10月的电池装机数据出来后,磷酸铁锂的累计产量首次超过三元,已经确定在全年装机量上会实现反超。

这轮铁锂的强势,其实有着非常清晰的逻辑。

现在是电动车做市场导入,渗透率快速爬升的时期,价格取代续航成为产品的主要矛盾。

宁德时代的CTP、比亚迪的刀片、国轩的JTM,都能通过优化模组结构达到提升能量密度的效果。

磷酸铁锂本来就有经济性和安全性的优势,续航起来后,大多数中低端车型还是倾向于用铁锂。

在未来两年,磷酸铁锂装机量会进一步攀升,叠加上储能,明年整体跟三元的比例可能达到64开。

但是从长期看,24、25年甚至于再往后,多数业内大佬还是更看好三元路线。

中国以外,绝大多数欧美车企还是以三元电池为主,未来会从中镍三元往高镍三元走,这个技术趋势基本已经确定了。

其中明确表明使用磷酸铁锂的只有特斯拉和奔驰,特斯拉给宁德的铁锂订单是45GWh,奔驰的用量还没有锁定,其他欧美车企都还没说要用铁锂电池。

能量密度上,磷酸铁锂即便用到CTP、刀片的电芯技术,大概平均也只能到180wh/kg。

像ModelY的标续版,官方续航里程是525公里,实际开起来要打八折,大概400多公里,再开个空调或是冬天开,实际续航估计还不到400公里。

这个水平从体验上来说肯定不算理想。

另外,随着汽车智能化发展,单车用电量也会越来越高,当新能源车保有量上来后,主要矛盾还是会转移到能量密度上。

跟手机类似,更强大的硬件必然带来更高的能耗,按铁锂现在这个能量密度,不太能撑起一台智能化整车的续航。

未来三元想再次领先,会走两条路径,一是高镍和超高镍,完全拉开跟铁锂的能量密度差距;二是降本,缩小跟铁锂的成本差距。

相比于现在的三元方形和软包,4680可以更好实现这两个目标。

按特斯拉自己规划的使用场景,入门级产品和储能站,优先考虑使用寿命(充放电次数),电池会主要考虑使用磷酸铁锂电池。

长续航的中端产品和重量敏感的高端产品,还是使用三元的高镍低钴电池。

ModelY之后,4680可能陆续用在ModelS、Cybertruck等车型上。

从目前的方案看,特斯拉未来的产品线可能会是CTP+磷酸铁锂做入门车型,CTC+4680做中高端车型。

如果情形顺利实现,先不说对铁锂的影响,在三元内部4680肯定会取代部分软包和方形的份额,毕竟之前崇尚方形的宝马也要搞大圆柱。

软包更惨一点,成本不如4680,还有漏液问题,未来市场预计会越来越小。

从这个角度看,即使改变不了三元、铁锂的竞争局面,4680还是很有可能颠覆三元的内部格局。

量产前夜

国内关于大圆柱的进展,亿纬锂能是最快的,20GWh的产能预计明年投产,后年开始放量供给宝马和那个未官宣的“最牛逼的公司“。

今年8月底,特斯拉开始在国内寻找4680大圆柱电池的合作厂商,特斯拉出设计,由电池厂家代工。

之前就有消息传出,特斯拉跟亿纬做过大圆柱方面的商业洽谈,不过被亿纬辟谣。

这次计划投资463亿元的荆门动力储能电池产业园,亿纬还拉上了恩捷股份、新宙邦、格林美和科达利。

其中科达利做的4680大圆柱结构件,客户正是特斯拉和宝马。

在亿纬锂能改版后的官网中,也在动力电池产品处新出现了大圆柱电池的身影。

除了高续航、无极耳(全极耳)、无热蔓延几个特性外,还出现了超级快充属性。

不同于2170的铝丝焊,4680电芯采用的无极耳方案可以直接让金属片与电芯极耳进行连接,快充性能可以提高三倍以上。

9月份,以色列的电池开发商StoreDot宣布推出一款硅主导技术的超快速充电4680电池,可在十分钟内充满电。

而StoreDot正是亿纬锂能的合作伙伴,电池样品通过亿纬的产线进行生产。

所以从电池厂看,4680方向目前受益最大的还是亿纬锂能。

材料上,目前从4680的结构和参数来看,和传统高镍圆柱电芯有很大的区别。

体积变大后,4680对高能量密度材料的兼容性更强,正极可以用8系、9系材料,高镍出货占比高的正极厂可能会加快导入速度,如容百科技、芳源股份等。

解决了硅碳的膨胀问题,硅碳负极的用量会有很大提升,松下、三星体系都已经在使用,特斯拉也会跟进。

但硅碳负极本身导电性能差,因此会增加碳纳米管的用量,这里也会出现机会。

另外,还有两个材料会出现比较大的增量需求,分别是粘结剂、涂层PVDF和电解液溶质LiFSI。

4680在正极负极添加了PVDF涂层,用更多的铝箔和铜箔保护电极材料,使得导电性更加灵敏,整体会提高8%的用量。

受环保和配额影响,PVDF的扩产难度很高,只有东岳集团、巨化股份、联创股份等少数几家公司有产能和扩建能力。

未来2年PVDF供给已经很紧张了,4680可能进一步加剧紧张局面。

LiFSI之前一直是电解液溶质六氟的候补,优秀的高、低温性能、导电性、热稳定性可以弥补六氟的部分性能缺陷,但由于成本较高,还未形成对六氟的替代。

但电池高镍化以后,LiFSI作为添加剂开始被批量使用。

LiFSI在普通高镍三元只有3%左右,而在4680中,用量会直接提高到15%。

目前越来越多的电解液厂商开始扩充LiFSI产能,包括天赐材料、多氟多、永太科技等。

大幅扩产预期甚至导致资金开始关注LiFSI的上游原材料氯化亚砜,拥有全球最大氯化亚砜产能的凯盛新材,一上市就被各大公募、社保资金抢着配置。

从产业链环节来看,4680电池将带来的有可能是全材料体系的提升,实际量产之后,估计还会出现更多的细分机会。

之前CTP推出的时候,很多企业还在观望和犹豫,现在CTP已经成为一项普及的技术。

去年大多数人还把4680当概念看,笑称为“1号电池“,如今离量产却越来越近。

动力电池技术本来就是处在不断的革新和发展中,前两年觉得遥远的事情,可能马上就会普及,技术的颠覆远远比想像中来得快。

关于4680未来的空间,难以预料,只能边走边看。


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2021年11月16日 09:13
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