4680电池来袭,不可神话特斯拉


电动化浪潮下,锂电池行业的任何风吹草动都被无限缩放。近期,预示着4680电池面世时间的迫近,4680电池的涉及板块开始躁动不安。

去年9月,我们在特斯拉“电池日”发布后的第一时间,就发文理解了4680电池的技术层面内容。那么4680电池的最终量产将对动力电池格局带来哪些影响,本文企图以现有的信息为依据做下解读,供各位参照。


不要神话特斯拉

作为新能源的旗手,特斯拉可谓话题王,但凡涉及到特斯拉的话题,不少追随者首先就站队到特斯拉这边。从Model3国产化到ModelY降价,似乎市场都提早给结局做到了定性。这不,最近特斯拉即将量产4680电池的消息再度成为热议话题。

不可否认特斯拉是新能源的领头者,不管是销量还是其在三电系统、智能座舱、自动驾驶方面的技术能力都是业内领先。

但是,很多时候,我们未免过分神话特斯拉了。

当初特斯拉要转入中国的时候,很多不明真相的群众大吐鲨鱼来了,忧虑本土品牌和建新势力的生存空间。如今显然,国内企和建新势力不仅活下来了,还活得很好,“蔚小理”的月销量早已破万辆,沦为国内智能电动品牌的中坚力量。

除开主观层面,马斯克偏激进甚至某些时候不靠谱的风格也该让市场先耐心冷静,不要急于给4680电池的胜败定性。对于动力电池的技术路线,特斯拉主导的圆柱电池并没沦为主流,另外,马斯克早前极力推崇的低镍三元电池并没形成压倒性优势,终究磷酸铁锂却备受欢迎,连特斯拉自己也发售Model3磷酸铁锂版本。

另外还有一些事例可以作为佐证。马斯克曾多次在公开场合谈到比特币的价值,今年一月,特斯拉出售了价值15亿美元的比特币,到了3月份,马斯克在推特上表示,特斯拉现在接受比特币支付。因为特斯拉和马斯克的热度,本就处在风口浪尖的比特币又一次迎来价格飙升。

最终结果却出乎预料,才过去两个月,到了5月12日,马斯克又“绝交”说道因为比特币太耗电量,不合乎可持续发展的理念,特斯拉将不再接受比特币支付,招致比特币大跌。

要告诉特斯拉早已在第一季度出售了价值2.72亿美元的比特币,并且从中获得了大约1.01亿美元的利润。马斯克的这波操作跟其“钢铁侠”人另设多少有点不符。我们再看下特斯拉今年一季报,其一季度的利润为4.38亿美元,同比去年减少了1600万美元,其实特斯拉出售比特币和电动分数带给收益就占了一大部分。

还有马斯克信誓旦旦确保的L5级别的自动驾驶技术迟迟没有推出,电动皮卡的上市时间也是一拖再拖。还有特斯拉辆的作工方面也是时常被吐槽的,内饰简陋、做工坚硬、用料随意早已不是新鲜事儿。虽然现在的ModelY有了相当大改进,但是跟国内的同级别比起来,还是逊色不少。

言归正传,回到4680电池这件事上,说到底特斯拉大圆柱电池的主要变化在于结构创新(但也不要忽视电化创新层面为固态电池留给的伏笔),4680电池和比亚迪的刀片电池是有很多共同点的,刀片电池相当于把原来的方形电池做得更长,4680电池是把原来的“小个子”放大成“矮小胖子”(限于底盘的高度空间,圆柱电池的高度受到限制)。


图1:刀片电池和方形电池的尺寸对比,资料来源:网络

理论上,圆柱电池可以做的更“胖”,单个电池的容量不会更大(4680电池的体积就是2170电池的5.5倍左右)。但电池不是容量大就行,还要考虑制造难度、快充性能、散热效果等方面,不然那整个底盘就是一个电池多好,特斯拉最近的选择是46mm的直径。

另外有人说道4680电池的每千瓦时成本上升了14%,那特斯拉是不是还要继续降价?其实电池做到大后电池包的PACK成本回来下降是自然的。这好比是500ml的矿泉水替换成2.5L的大瓶子装了,自然瓶盖、包装盒等材料回来增加。

值得注意的是,电池企业仍是电池创新的引领者,宁德时代早在2019年推出的CTP技术就已经实现了零部件增加40%、能量密度提高15%的结构创意。还有CTC技术,国内多企业早已开始布局。在笔者看来:对于4680圆柱电池的创新,可以积极悲观,但不要因为特斯拉就过分亢奋。


图2:特斯拉自由选择46mm直径作为2170圆柱电池的“升级版”,资料来源:特斯拉

不过,动力电池作为电动做最重要的部件一,其每一个创新都值得推崇。因此我们还是有必要详细解析4860电池的创新处。


4680电池背后的极限生产

【1】特斯拉的“无极耳”技术

单从生产生产角度,任何一动力电池企业都可以把圆柱电池做到大到46mm直径,但是电池做到大后,快充和散热等问题随而来,这才是真正让人困惑的,而这痛苦源正是来自于极耳。

顾名思义,极耳就是电池正负极的“耳朵”,它就是指电芯中将正负极引出来的金属导电体,是电池在充放电时与外电路的接触点。这个接触点并不是我们看到的圆柱电池外表的那个铜片,而是电池内部的一种连接,通常它是和正负集流体(铝箔、铜箔)焊接在一块的。


图3:锂电池极耳示意图,资料来源:网络

明确到电池充放电过程,电子是在穿过整个电芯后到达与电芯集流体焊接的极耳,再通过外部导线到达另一极。在电池工作中,电子的流动极易造成极耳焊接接处局部热量过大,加接触点小,没足够散热空间,这一直是电池安全的瓶颈,当前的快充也受制于极耳。

其实电池企业都知道圆柱电池要往大型化发展,但圆柱电池做到大后,电子需要横穿的距离变长大,电阻也会随着距离的增加而减小,上述提到的发热问题反而变得更为严重。


图4:锂电池内部示意图,资料来源:锦缎研究院

那么,特斯拉是使用什么“白科技”来解决这个问题呢?路径无非就是缩短距离,减少接触面。特斯拉计划通过转变极耳结构,让电子直接在电芯集流体和盖板、壳体间传导,延长了电子在内部的传输距离,同时极耳的认识方式也从点接触变成面接触,大大增加了散热面积。

谈到这里,4680的无极耳技术的基本原理已经清晰,所谓的无极耳其实是全极垂,这不过是马斯克的文字游戏。而这个技术,也是4680大圆柱电池最大的变化一,有一点敲打黑板。


图5:特斯拉全极垂技术,资料来源:锦锻研究院

值得一提的是,宁德时代的“前身”消费锂电池龙头ATL早在2015年就有锂电池多极耳专利技术降低电池内阻。

这个全极耳/无极耳技术,也是4680电池内部结构仅次于的变化,能有效解决当前慢充痉挛的难题。但随而来的,就是其生产难度同样成倍提高了,电池企业需要用激光将极耳焊接,实际生产中对制造能力和设备拒绝极高。

截止目前,特斯拉也没有完全解决问题极耳加工的良率上问题,这也是为什么宣传的量产时间要等到2022年了。

对于全极耳技术,另外的一层意义有可能在于,当圆柱电池做成全极耳后,其柱体绕制过程不必须频繁的启动停止(当电池在生产系统中光阴时,它必须实时暂停的极耳的位置上),可以实现真正意义上的流水线生产,这将显著提高生产效率,降低生产成本。


图6:圆柱电池生产过程,资料来源:特斯拉

【2】电极干法工艺

正常电池生产的湿法工艺是将电级材料与溶剂、水等混合成浆料,再涂抹在铝箔、铜箔上面,经过数十米的烘干设备后再压实成需要的厚度。而特斯拉的干法工艺是必要把材料干混,不经过溶剂混合,然后将混合好的粉末压在金属泊上面,好处就是省却了浸泡和溶剂回收流程。寒带法的转换,对于熟知工业制造的朋友,应该都不陌生。

不过上述看上去非常简单的事情要已完成却非常无以,干混如何达到材料均匀性,压实后如何确保附着度,这些对工艺、设备都是严峻考验。如果这项技术构建,其流程的简化让4680电池的生产成本和环保成本都减小了,同时工厂的初始投资成本和占地面积成本也适当增加(浸泡产线宽达数十米),将不利于新能源行业的进一步发展,这种创新确实是有一点肯定的。

事实上,特斯拉早前也一直无法实现干法制造工艺,直到特斯拉在2019年溢价收购了超级电容公司Maxwell。马斯克的目的很明确,就是看上这公司的知识产权。这同样印证了我们开篇所谈的,不要神话特斯拉,饭要一口一口的不吃。


图7:干电池涂层工艺,资料来源:国信证券


松下的东山再起,无法单压4680电池

【1】技术进步未来将会带给圆柱电池的兴起

回顾我国动力电池的发展,最开始是磷酸铁锂的天下,那几年专攻磷酸铁锂的比亚迪曾是国内动力电池的坚决大哥,后来由于政策等因素三元电池强势兴起,必要把磷酸铁锂按在地上摩擦。在大觉得磷酸铁锂要过热的时候,磷酸铁锂奇迹般逆袭了,其装机占比从2020年2月的13%跃升至今年9月的60.8%,至今已倒数数月多达三元材料。

磷酸铁锂所以能回潮,应该得益于宁德时代CTP和比亚迪刀片电池带来的技术进步,让较低能量密度的磷酸铁锂重回生机。毕竟磷酸铁锂的安全性和低成本早已为人所知,这些只是加速了回潮的过程。

从2019年至今的两年时间,CTP技术、刀片电池、钠离子电池、4680圆柱电池相继面世。在大觉得某条路线回头必经的时候,动力电池企业一次次的极限制造突破和材料体系创意让难以置信的事情成为理所当然。

试问半导体行业的摩尔定律为什么一直有效地,不是因为它本身是个规律,而是整个产业链企业的共同努力让摩尔定律一直得以有效。

所以我们还是应当大力悲观看来动力电池的技术发展,有所不同场景下,每一种技术路线都会有其用武地。三元材料有突破的时候,唱衰磷酸铁锂;磷酸铁锂回潮的时候,又过度玉女磷酸铁锂,这种不合理的二元论对于错综复杂的锂电池行业似乎是行不通的。

现在很多投资者都习惯性的把4680电池和低镍三元材料放到一起讨论,其实磷酸铁锂和4680电池也是不俗的搭配,我们也将会注目这方面的变化。


图8:动力电池装机量变化趋势,资料来源:公司公告

映射到圆柱电池上面,在主流企几乎均自由选择方形或软包方案的背景下,逐渐式微的圆柱电池有希望凭借4680方案的实现迎来第二春。如今,海内外的主流动力电池企业正在加快布局4680圆柱电池的建设脚步,提早抢占技术高地。


图9:部分布局4680圆柱电池的企业,资料来源:浙商证券

【2】昔日锂电龙头注定迟暮

在《全球锂电军备竞赛:宁德时代和它的海外竞争对手们》文中,我们详细理解了松下电池的现状。昔日的锂电老前辈虽然技术没得说,但商业模式的告终导致其被一个又一个后辈打破。这次东面4680电池,不少人寄予厚望松下将东山再起,甚至还不会威胁到宁德的地位。

据松下透漏,其在技术上基本已准备好量产特斯拉4680电池,目前正在日本打造一条产线并展开试产,为量产做打算。当年松下凭借特斯拉的圆柱电池订单一举沦为动力电池老大,这次特斯拉又首先去找松下合作,松下真能靠着4680电池重返吗?

在我们显然,这件事还要打个大大的问号。

从18650到2170,松下一直和特斯拉密切合作,其生产经验和技术储备丰富,特斯拉自然优先跟松下合作。但是由于极耳激光焊的难度极高,光靠生产经验还过于,结果就是现在松下的良率还是将近70%,据产业链调研,当前特斯拉的激光焊接研发靠其并购的公司在突破,目前离品质化量产的要求还有不小的差距,由此可见松下的先发优势并未构成领先优势,形势依然不容过度乐观。

另一方面,国内的动力电池企业和韩国的LG、SK等都在减缓布局4680圆柱电池,如果松下无法保住4680电池在特斯拉的主供地位,其全球份额可能还要继续下降。

对松下更为不利的是,已经有不少消息爆出特斯拉将在中国创建另一超级工厂,却不是松下的大本营日本,更不是韩国。马斯克的意图已经很明显了,就是要把更多的动力电池产业链放到国内,电池上面赚不到钱的韩国LG已经主动把供应链往中国移往,国内的动力电池产业链有望更上一层楼。最合乎逻辑的推演是:在4680,松下栽树,国内产业链摘取果子。

当年国把特斯拉引进中国,并给予较小政策优惠,实际上早已考虑到了中国的动力电池技术的自律高效率,引进特斯拉为的就是强者恒强。所以我们不必太过担心4680电池不会给国内的动力电池企业带给政治宣传式冲击,那些唱空的声音该歇歇了。


国内二线玩的新战场

【1】二线玩游戏的曙光初现

回到国内市场,当下我国动力电池格局是宁德时代一坐大,剩下众多二线企业除了奋起直追别无他法,这次4680圆柱电池可算为二线企业打开了新的大门。论方形电池,二线玩游戏确实很难与宁德正面竞争,但换成圆柱电池,大差不多是相同的起跑线,所以谁能在圆柱电池落败,还尚无定论。

我们在《宁德时代阴影下的动力电池轮回竞赛》文中分析了二线动力电池企业另辟蹊径,找寻不同进出的策略。现在难得有圆柱电池这样的新战场,二线玩纷纷摩拳擦掌,打算大干一场。

这队伍中的大力份子当科亿纬锂能(SZ:300014),11月5日,亿纬锂能公告称,公司子公司湖北亿纬动力有限公司拟与荆门高新技术产业开发区管理委员会签定《合同书》,将在荆门高新区投资建设20GWh乘用用大圆柱电池生产线,在这个时点,亿纬锂能大概率就是逃着4680电池去的。

更有意思的是,早于在上半年的4月30日,亿纬锂能就与StoreDot公司签定了《电动战略合作框架协议》。而后者在9月2日宣布已研发出了可以在10分钟内充满著电的4680圆柱电池。不愧是《“风口王”亿纬锂能:两年10倍后还有动能吗?》文中所总结的热点狂魔,4680型动力电池已经沦为其新瞄准的热点。

当然亿纬锂能本来就有技术储备,不是单纯平热点。早在2017年6月,亿纬锂能就新建了4条兼容18650和21700电池并年产3.5GWh的圆柱电池生产线。

除了亿纬锂能,国内还有比克电池、蜂巢能源等都在发力4680电池,“铁王座”上的宁德时代,以及来势汹汹的亿纬锂能们,动力电池的好戏正在一幕幕首演。

【2】无限大制造能力的较量

在特斯拉2020年电池日上,马斯克重点提到,为了加快电动的发展,特斯拉必须生产更多价格实惠的电动。

特斯拉从电池设计、制造工艺、材料体系等方面寻找降本的机会,如果这些创新都沦为现实,特斯拉锂电池的续航里程将快速增长54%,成本将上升56%,投资额度将下降69%。


图10:特斯拉将使用4680、腊电极、硅、CTC等方式构建降本,资料来源:特斯拉

要完成上述的创意,不论是生产工艺,还是高效自动化生产,都是考验极限生产能力。在前的文章中,我们多次提及动力电池的创意主要来自于材料体系创新和结构创意。在材料体系较难突破的今天,结构创意沦为各大动力电池企业的竞争焦点,而结构创新背后的推动力主要来自于无限大制造能力。

从4680电池的创新点和量产难度上看,未来无限大生产能力将成为动力电池企业制胜的关键因素一。而制造能力,正是国内制造业的拿手好戏。


砒霜与蜜糖

对于动力电池的任何变化,都无法掉以轻心,年初的刀片相信大还记忆犹新。4680大圆柱,在不神话特斯拉的前提下,我们要用一个准确的方式来看待。

根据目前已经披露的技术方面的信息,我们不难获得一个结论:由于4680电池主要是结构层面的创意,不牵涉到底层技术的变革,所以设备和材料公司影响相对有限,跟2170相比,4680的生产工艺是基本一致,该用的材料都要用,这不像固态电池,必要把电解液、隔膜给杀掉了。

【1】产业链变化

前文谈到仅次于的变化,就是制造工艺。尤其是由于极耳焊的变化,也就是激光焊接这一段,对焊接拒绝更高,将给激光焊接的相关企业带给增量,比如联赢激光(SH:688518)、大族激光(SZ:002008)、逸飞来激光(未上市)等。

另外圆柱电池做到大后,其对电池的结构件提出了更高的要求,电池外壳的加工工艺的难度变小了,需要更好的设备来卷边,这方面是利好相关设备企业,比如宁波精达(SH:603088)、斯莱克(SZ:300382)。但科达利(SZ:002850)是利空还是受到影响,仍须要未来产业链更多信息来证实。

当然有可能也有因此受损的领域,比如电池热管理。全极耳结构低内阻、发热少,不必须简单的冷却系统,并且使用大圆柱电池的电池包内电池的数量相应减少,所以电池包的热管理会显得简单,作为热管理领域的龙头,前期三花智控(SZ:002050)可能会受到影响。

【2】动力电池企业份额

除产业链设施公司外,大最为关注的就是锂电池玩们份额的变化。前文也具体说到,对于掉队的松下,4680不一定能扮演救命稻草的角色。

而由于4680强调极限生产能力,我们更加寄予厚望的还是国内动力电池企业,特斯拉国内二厂的建设无疑又增强了我们的信心。随着特斯拉国产的深化,国内动力电池企业的全球份额未来将会进一步减小,对于4680这一新物种,国内的动力电池企业们,又将打开新一轮的较量。

最后,我们还想说道的是,罗马不是一天竣工的,尤其是对于动力电池这一庞大冗长的产业链来说,一项技术从明确提出到试产再到真正的量产必须足够的时间来试错和检验。我们将不会持续追踪4680电池的最新动态,呈现更多有价值的分析。

本文系由作者基于公开发表资料编写,仅作为信息交流用,不包含任何投资建议。


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