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4680电池:特斯拉跌入“量产炼狱”?

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  • 2022-08-18 12:52:22

但说这番话时,马斯克的声响并不十分有决心。一身黑衣的马斯克手持话筒,面庞有些凝重,其间目光两次垂向地上。较之两年前的神采飞扬,似不可同日而语。

2020年9月,在特斯拉的“电池日”当天,马斯克推出了“划年代”的特斯拉4680电池,依据其表述,这款电池将在2022年完成100GWh的产能规划,为至少100万辆电动车供给支撑。

但是实际却远未能如马斯克所期。

时至今日,特斯拉只在美国坐落加州弗里蒙特邻近的加藤路工厂和坐落得克萨斯州的奥斯汀超级工厂中,启动了4680电池的小批量出产。特斯拉的供货方之一、电池厂商日本松下(Panasonic Corporation)则清晰表明,4680电池现在仍然在测验阶段,大规模出产要从2023 年4月才开端。

不只松下延迟了量产计划,传闻中4680电池的我国方面合作同伴之一宁德年代新动力科技股份有限公司,相关规划仍然模糊。8月17日,当汹涌新闻记者向宁德年代相关负责人问询公司4680电池的量产发展时,其表明,宁德年代尚没有关于4680电池的信息需求发表。

4680电池遭受了什么?

4680圆柱电池的全称,是4680标准无极耳(全极耳)圆柱电池。4680是指电池的标准——46指圆柱电池直径为46mm,80则指电池的高度为80mm。

据特斯拉对外发布的数据,相较于传统2170圆柱形电池,4680电池的能量将是前者的5倍,车辆续航路程将进步16%,功率进步6倍,未来结合电池资料和车辆规划的改善,续航路程净添加将高达56%,出产本钱则可以节约54%。

特斯拉坐落加州弗里蒙特邻近的加藤路工厂,本来仅仅一个小型试点工厂,现在却成为了4680电池的出产担纲。得州超级工厂的4680电池出产线仅仅从本年二季度起开端少数投产。

本年年初,加藤路工厂出产出了第100万只4680电池。而本年4月,第一批装载4680电池组的特斯拉Model Y在得州超级工厂拼装交给,其运用的电池也是由该厂出产。

现在,并没有加藤路工厂揭露的电池产值和产能数据。但从本年上半年加藤路工厂走漏的一份文件中,可以略窥4680电池在该厂的出产功率。据autoevolution网站报导,这份走漏出的文件显现,工厂当天有14台机器在运转,其间13台出产了质量“杰出”的电池,合格率超越90%,但有一台破例,212号机器由于训练来自得克萨斯州超级工厂的职工,出产出了82%的“不良”电池。经核算,当天电池全体的出产合格率是92%。

从产值来看,当天加藤路工厂一共出产了6250个4680电池,而现在在德克萨斯州超级工厂拼装的一辆特斯拉Model Y大约需求装置690个4680电池。依照加藤路工厂当天的产值,每天出产的电池量支撑大约10辆Model Y,这远低于得克萨斯超级工厂的方针产值。

出产功率和产能都还在缓慢爬高。据长时刻追寻特斯拉的分析员特洛伊.特斯莱克(Troy Teslike)表明,8月,加藤路工厂的出产功率会进步,每周将出产220个电池包,而在得克萨斯的超级工厂每周将出产183个电池包。不过,特斯拉要到2023年5月才干到达每周出产5000个4680电池包。

而依据insideevs网站的报导,7月末,特斯拉动力总成和动力工程高档副总裁安德鲁.巴格里诺(Andrew Baglino)在一次出资者电话会议上称,“特斯拉期望奥斯汀的电池厂能在2022年末前超越加藤路工厂的周产值,估计该工厂在年末前每周将出产超越1000个电池包。”

汹涌新闻记者了解到,依据特斯拉的规划,加藤路工厂的4680电池年出产才干将到达10GWh,大约可以满意15万辆电动汽车的需求;得州超级工厂的产能估计年内将建成60GWh。而现在特斯拉自身在建的4680电池产能中,还包含了特斯拉德国柏林的工厂,估计建成后到达20GWh,但产能要到2022年第4季度今后才开端开释。

以上两张图片是特斯拉得州超级工厂的4680电池出产线

同伴方面,日本松下和韩国LG新动力公司都对外表明了4680电池的产能规划。但此前松下现已清晰称,现在4680电池还处于测验阶段,公司将逐渐拓宽出产才干,为全面推广做准备。据了解,松下坐落日本西部的歌山(Wakayama)工厂本年正制造两条新的出产线,产能约10 GWh。在2023财年(2023年4月-2024年3月),工厂将开端大规模出产4680电池。

韩国LG新动力公司在6月宣告将出资5800亿韩元(约合 38 亿元人民币),用于在韩国忠北梧仓第二工厂新设4680电池出产线,为特斯拉供货,产能达9 GWh,但投入量产的时刻也是下一年下半年。

松下动力部分首席执行官忠信和夫(Kazuo Tadanobu)此前在承受彭博新闻社采访时表明,4680电池有可能在坚持安全性和进步功能的一起,下降电动汽车的本钱,然后推进汽车行业获得重大发展。但是,到现在为止,这个进程并不简略。

“这不只仅是制造一个更大的电池。作业并不像有些人幻想的那么简略。”忠信和夫说,“松下在这方面现已实验有一年多的时刻。”他表明,电池的开发进程“需求巨大的耐力”,改动电池的形状需求“相当大的脑路神经”。

量产4680电池的困难在哪?

理论上,圆柱形电池的技能成熟度最高。在特斯拉前期阶段,曾许多运用了松下的1865圆柱电池产品,但对电动汽车来说,1865电芯容量小(一般不会超越3 .5Ah)、所需的电芯数量多(6000-7000节),电池办理的难度大。所以,特斯拉联合松下进一步推出了2170圆柱产品。更大的体积可以包容更多的电极资料,还能节约结构件空间。2170相较于1865有必定进步,但没有质的腾跃,只能看做是一个胖版1865。

在业内人士看来,与1865和2170电池比较,4680电池的量产难度十分大,由于其确实是多项立异技能的交融。

首要,其对电池卷绕机的精度要求较高,由于电池体积较大,对齐也愈加困难。首要难点还存在于极耳的焊接工艺。4680电池中最让特斯拉引以为傲的,是电池的无极耳(全极耳)技能。电芯的极耳是指从电芯中将正负极引出来的金属导体,是电池充放电时的要害途径。极耳的原料与大小会影响电芯的内阻,过流才干等。

传统的18650圆柱产品由于容量较小,输出电流较小,一般只要两个极耳,别离衔接正负极(见下图左边所示)。而4680圆柱运用了全极耳规划,将从卷绕体两头显露的正极铝箔和负极铜箔揉成一个端面作为极耳(见下图右侧所示)。极耳数量增多,电流通路也变多,一起还可以缩短极耳距离,然后大幅削减电芯内阻,到达有用减小电芯产热量,进步电芯快充快放能量的意图。

现在,全极耳的制造工艺有切叠法和揉平法两种。切叠法是特斯拉选用的一种解决方案,首要通过斜切成片卷起,外表崎岖较大,简略形成极耳因触摸程度不一致,内阻一致性差。

此外,当电解液注入时,由于两头都被极耳关闭,无法接连注液出产。揉平法是我国国内企业广泛运用的一种方案,这种办法通过超声波或机械冲突将极耳揉成端面。极耳在压平进程中,简略发生金属碎屑,导致电芯自放电过大,乃至内部短路。此外,揉平后端面较细密,电解液难以进入电芯内部。这些都将成为进步电池出产率的难题。

第二,电池的空间利用率低。在相同的化学系统下,大圆柱形电池的空间利用率远低于棱柱形电池。假如运用三元资料,棱柱形电池可以运用一般的镍钴锰(532)或镍钴锰(622)资料,但4680电池有必要运用高镍才干有相似的功率,其镍钴锰含量份额现在约为“811”。高镍三元化合物尽管具有较高的能量密度,但也意味着热失控危险较高,在系统维护层面有必要予以注重。

第三,传统办法散热困难。电池发生的大部分热量来自于电化学自身,圆柱型电池一般轴向散热最快,旁边面散热最慢。4680电池的大体积,使得这一特征更为显着。在800V高压充电下,电池会在短时刻内堆集许多的热量,旁边面散热速度会变慢。从长远来看,会对电池的寿数发生更大的影响。特斯拉选用的方法是在顶部添加一个水冷板,到达旁边面和顶部双向冷却的作用,现在作用怎么不得而知。

第四,负极资料缺乏。4680电池的负极在计划中将选用碳化硅,以进步能量密度。但是,硅碳负极也有一些缺陷。例如本钱很高;副反应多,膨胀大,一次充放电功率低,影响电池质量;电池简略受硅体积改变的影响。SEI膜(固体电解质界面膜)被重复破坏和改造,锂离子被许多耗费,可能会下降循环特性和电池容量。

不过,较为奥妙的是,在8月初,依据长时刻关注电动车电池的技能频道The Limiting Factor拆解了4680电池后进行化学分析,成果显现,现在现已出产出的4680电池负极中仅由石墨构成,并不含硅资料。

或许,还需求点儿耐性

由于4680电池的产值妨碍,特斯拉不得不持续依靠其得州超级工厂出产的2170电池,来满意model Y的需求。

“咱们有满意的2170电池来满意本年剩下的新车需求。特斯拉本年并不需求依靠4680电池,但4680电池将在下一年扮演十分重要的人物。”在股东大会上,马斯克说。4680电池的量产进展或许并不会影响特斯拉本年出产150万辆新车的方针,但2023年就不相同了。

由于它对特斯拉的电动皮卡Cybertruck的顺畅量产十分要害。在发布Cybertruck时,特斯拉对外许诺了一系列的杰出功能,而4680电池为完成这些许诺所有必要。有业内人士以为,特斯拉的4680的量产远远落后于开始的计划,直接影响了Cybertruck、电动半挂式货车Semi等车型的量产。

不过,好消息不是没有。现已出产的4680电池仍然在能量密度和快速充电功能方面展示出了优势。

依据The Limiting Factor 对特斯拉 4680 电池的拆解化验陈述,一节4680电池约重355g,总容量约为26.136Ah,依照额外电压3.7-3.8V核算,额外能量大约在96-99Wh之间。简略核算,现在4680电芯的能量密度大约在272—296Wh/kg,而依据特斯拉的迭代计划,第二代4680电池能量密度将到达305 Wh/kg,第三代到达333 Wh/kg。

作为比照,比亚迪第一代刀片电池的系统能量密度为140Wh/kg,2025年估计大于180Wh/kg。宁德年代最新的麒麟电池三元高镍系统的系统能量密度在255Wh/kg,磷酸铁锂系统下能做到160Wh/kg。就能量密度而言,4680电池有必定优势。

此外,本年4月,特斯拉交给了在德州超级工厂出产的安装有4680电池的Model Y。第一批有时机驾驭这款新车型的客户是奥斯汀区域的预定用户,不少供给了许多关于这款装备4680电池的路程测验和充电测验信息。

在一次测验中,用户将电池在得克萨斯州的V3超级充电器上充电,3分钟内充到9%,12分钟内从9%充电到50%,在34分钟内到达80%,40分钟内到达90%,50分钟内到达97%。 不过,新的电池不能保持250千瓦的最高充电速度很长时刻,速度的最高值比2170电池下降得更快。

“无论怎么,现在对4680电池进行恰当的点评还为时过早。“有业内人士点评说。

特斯拉动力总成和动力工程高档副总裁安德鲁.巴格里诺则着重,特斯拉在4680电池上的应战是一个工程问题,而不是科学问题。这意味着,通过满意的优化作业,特斯拉或许可以走出4680电池的量产窘境。

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