押注4680,特斯拉为了什么

锂猫实验室
是行业之光,还是“地狱的门票”?

近日,特斯拉官方推特发布了消息称,加州的电池试点工厂在1月份已生产了100万块4680电池,标志着这款新型电池进入了量产阶段。

4680是马斯克在2020年特斯拉“电池日”上发布的一款直径46mm、长80mm的大圆柱型电池产品。目前在Model Y上搭载的是“2170”电池,直径21mm,高70mm。在2170电池之前,还有一款容量更小的1865电池。

据马斯克在“电池日”上表示,4680电池的存储容量将是现有2170电池的5倍,功率为6倍,预计可使车辆续航里程增加16%,制造成本降低14%。

不过,在不久前的特斯拉四季度财报电话会议上,马斯克承认,目前特斯拉大规模制造4680电池还存在困难,虽然今年的供应不会受限,但产能未知。

需要注意的是,在2020年电池日上,马斯克还提出,2030年特斯拉电池产量(包括供应商)将提高到3TWh。

这比特斯拉目前在内华达州的产能高出了近100倍,足以每年供应2000万辆特斯拉,而2021年特斯拉的全球销量接近100万辆。

豪言在前挑战在后,可以看到马斯克对于4680的到来充满的信心,并且相信4680将带领着特斯拉走上更高的巅峰。

那么,对于特斯拉而言,4680电池到底意味着什么?

01 更大,更强,更便宜

从1865到2170,特斯拉一直通过“做大”圆柱以提升电池能量密度,降低成本,但到了2170再往上,却遇到了瓶颈。

圆柱形是电池封装的一种类型结构,除此之外还有软包和方形两种结构。

圆柱形电池与方形电池都属于硬壳封装,而圆柱形电池由于历史较长,因此工艺也更为成熟,成本更低。由于面积大,散热性能也优于方形电池,但缺点在于能量密度不高,集成电池组后散热问题依然存在。

相比之下,软包电池的单体能量密度更高,方形电池的使用周期更长,但成本也更高。

在特斯拉为第一代Roadster选择电池供应商时,1865圆柱形电池是当时最成熟稳定的锂电池,在一致性、安全性等方面都达到了较高的水平。因此从2008年起,特斯拉选择了松下作为电池供应商,开启了圆柱形锂电池应用于纯电动车的时代。

传统的圆柱形电池在正负极两端分别放置极耳作为导体,当电池工作时,电子在两极的极耳间定向流动。

来源:特斯拉
根据极耳数量、面积差异,电池可分为单极耳、双极耳、多极耳以及全极耳等类型。1865和2170电池由于体积较小,多采用单极耳。

但随着电池体积增大,电阻会随着电流流经距离的增加而提高,在电池充放电时极易导致极耳和连接处局部热量过大,影响电池安全,还会造成能量损失。这就是在2170电池升级中面临的瓶颈。

为了解决极耳发热的问题,特斯拉在2017年与“锂电池先驱”Jeff Dahn建立了研究伙伴关系,并于2020年提出了“无极耳”的设计方案:通过改变极耳结构,使电子直接在电极集流体、盖板、壳体之间进行传导,增大了传导和散热面积,缩短了传导距离。

由此看来,“无极耳”并非真的没有极耳,而是将极耳接触方式从点接触变为面接触的“全极耳”技术。
来源:锦缎研究院
从2170到4680,“无极耳”是最显著的变化。而相比于此前其他的圆柱形电池,4680电池的优势则更凸显于能量密度的提升和成本的降低。

由于使用了高镍三元正极材料,体积更大,电池容量更高。4680电池的电池容量是2170电池的5倍,功率为2170电池的6倍,带来16%的里程提升。

据此估算,Model Y中国后驱版续航将从原本的545km提升至632km,而Model Y Performance版本续航将有望从615km一举提升至713.4km。

来源:特斯拉

成本方面,由于4680圆柱动力电池只需要约950个电芯(2170需要4416个),并且减少了电池隔膜、钢壳等不提供能量密度的原材料的用量,砍掉了繁琐的极耳装配,4680电池相比2170电池成本下降了14%。

综合特斯拉在电池工厂、正极材料、负极材料和电池包集成(CTC)等方面的降本举措,特斯拉的制造成本将降低56%。

来源:特斯拉

按动力电池占全车成本30%-40%算,2021年Q4特斯拉财报中披露单车平均成本3.6万美元,那么4680电池还将为特斯拉带来至少4%的降本空间,约为1500-2000美元。

叠加特斯拉的其他电池技术创新,成本降幅约为6000-8000美元。如果再叠加结构电池组、一体式压铸等技术,Model Y最终的成本降幅或将接近1万美元。

02 “产能地狱”重现?

尽管4680电池从性能和成本上看起来一片光明,但当下仍有很长的路要走。

在正式宣布量产之前,4680电池曾经面临良品率不足20%的问题。

4680的隔膜在卷绕过程中容易发生正负极为短路现象;加上改良的“无极耳”技术,全极耳与集流体之间的留白空间较小,容易出现热堆积效应。

为此,特斯拉在加州弗里蒙特工厂建造了4680电池的试点生产线,还从各大电池企业招聘了一批专业人员。

随着工艺的不断改进提升,今年1月,特斯拉爱好者平台Tesla Motors Club上流出的一份关于4680电池良品率的报告显示,4680电池的良品率已经提升到92%。

来源:Tesla Motors Club

但除了制造工艺的提升,产能也是横亘在特斯拉面前的一道坎。

根据特斯拉此次的消息,本次的4680电池电芯累计产量达到了100万块,但按照一辆Model Y需要装配950块电芯计算,这些只够装1052辆Model Y。

而在2021年,特斯拉全年的交付量已逼近百万大关,单单上海的超级工厂在8月份的Model Y日产量就已突破了1000辆。

来源:特斯拉
按照2021年的产量,如果特斯拉想要在所有的新出厂的Model Y上装配4680电池,产能可能需要高达9亿颗。

特斯拉+产能,这个情节似乎有些眼熟。

2016年,特斯拉Model 3在开放预订的首日就超过了10万台,在此情况下,特斯拉制定了宏伟的生产计划——实现周产能5000台,马斯克也兴奋地提出了“全自动化工厂”的构想。

这个梦想直接把特斯拉推入了“地狱”。

彼时的特斯拉“超级工厂”,报废率高达40%,终于实现周产量5000辆目标的那一周,只有700辆车真正走出了工厂,剩下的4300辆车,还得重回生产线,进行返工和二次检测。

过高的成本也导致了特斯拉的财务状况严重恶化。2016Q4-2018Q2,特斯拉的毛利率、净利率大幅降低,现金流状况也极其紧张。

来源:公司公告
来源:公司公告
为了拯救特斯拉,马斯克终于承认了错误,将工人请回了工厂,自己也住进了工厂。在7*24的加班加点下,Model 3 的产能终于出现了较大的增幅,特斯拉也终于从“产能地狱”中爬了出来。

Model 3的难关过去了,4680呢?

尽管官方表示已经开始量产,但装配4680电池的Model Y尚未正式交付,数据尚存于纸面之上,量产之后的财务数据也要留待日后披露。

值得注意的是,已经有一款特斯拉的车型为了4680而推迟交付——Cybertruck。

Cybertruck的预定量也已超过了100万台,但由于电池产量限制,交付时间一拖再拖,从一开始宣布的2019年拖到了2022年。

但特斯拉目前4680的供应重心却向Model Y倾斜。

如果最终不能解决4680产能问题,Cybertruck是否会重蹈Model 3覆辙还是未知数。

不过,这一次特斯拉并不是孤军奋战,背后还有“老朋友”松下。

今年2月,作为特斯拉老牌供应商的松下斥资800亿日元(约合7.04亿美元)扩建其位于和歌山的工厂,引进新设备,预计年产能约10 GWh,相当于15万辆汽车电池需求。

松下方面表示,今年4月份将启动小批量生产,确认技术安全性及高效性之后,2023年便将投入大规模量产。一旦能够交付,松下将首先供应特斯拉。

比起那时的“地狱边缘”,特斯拉目前的境况或许好得多。
03  主机厂的话语权之争
在经历了Model 3的产能地狱后,特斯拉为什么冒着产能不足的风险,仍然执着于自研自产电池?

在开放性的供应链策略下,这或许是特斯拉的一种博弈的方法:以大需求为筹码,通过自研自产降低成本,向外部供应商施压。

但在如今竞争者林立的新能源汽车行业,电池厂商的选择也不止特斯拉一家。

在表示将优先向特斯拉供应4680电池的同时,松下也表示,将准备向特斯拉以外的电动汽车制造商销售。

松下首席执行官津贺一宏还强调,并不担心特斯拉自主生产电池后会成为松下的直接竞争对手。

在特斯拉与电池厂商们的博弈背后,是主机厂与电池厂的长久以来的话语权之争。

在电动车的推广初期,车企完全依赖于电池制造商的供应,但随着市场需求的扩张,这一局面发生了变化。

近年来,主机厂因电池供应不足而被迫推迟生产计划的事情时有发生,小鹏和蔚来都曾因电池供应紧张而延迟交付计划。

另一方面,电池成本占据了造车成本的30%-40%,随着新能源汽车补贴退坡以及电动化趋势加快,电池成本的控制成为竞争的焦点,直接关系到产品竞争力和单车利润。

根据最新数据显示,特斯拉从松下、LG化学和宁德时代三家主要电池供应商购买的电池,平均每千瓦时价格为142美元。另外,通用汽车每千瓦时电池的平均采购价格为169美元,而电动汽车行业的平均采购价格为186美元。

车企通过外购方式获得电池,只有两种降低成本的方式:供应商主动降价;等到企业规模扩大后再倒逼供应商降价。

但是,目前的电池市场仍然偏向于卖方市场,比如造车新势力“蔚小理”的电池,大部分都来自宁德时代;大众的动力电池也大多来源于宁德时代、LG能源解决方案、三星SDI这几家巨头。

供应来源单一,寄希望于供应商降价的概率显然不高。尤其还是在最近两年电池原材料价格不断上涨的情况下。

为了避免再受制于这种被电池“卡脖子”的状况,主机厂们走上了自建电池厂的道路。

去年3月,大众集团也举办了“电池日”发布会,宣布到2030年计划在欧洲建立6家电池工厂,总产能达到240GWh;11月,广汽集团宣布将通过全资子公司自建电池生产线;福特汽车近日也宣布成立全球电池创新中心……

不过,自建电池厂这样大的手笔,也只有像大众、广汽、福特这样“家大业大”的巨头才敢于出手,而特斯拉虽然也加入了自产电池,10GWh的产量比起大众的240GWh也只能算少得可怜。

对于规模没有那么大的主机厂而言,自建电池厂也并不是一个必须的选择。比如造车新势力们,他们目前更具有优先级的事情可能是市场、产品和品牌,垂直整合对于他们来说成本过大,可能会造成相反的效果。

但无论如何,随着主机厂们的入局,未来的电池供应终将走向多元化。自建电池厂、外购电池、合建电池厂,这三种模式可能将长期存在。

04 尾声

对于4680电池的到来,也曾有许多不看好的声音。

有些评论认为,马斯克在社交媒体上出了名的“不靠谱”,因而市场不应该过分神话特斯拉。

但不论马斯克的个人风格如何,特斯拉的业绩表现是不可辩驳的事实。

另一个事实是,在众多主机厂中,特斯拉从来不是个例,不论是自建电池厂,还是发明电池新技术。

如果4680最后顺利大规模量产,那么至少对于行业而言,将是一道变革之光。

 

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参考文献:

《特斯拉4680大圆柱电池能否引领下一代技术方向?——动力电池新技术展望系列报告二》光大证券

《4680大圆柱等工艺创新加快锂电池技术进步——动力电池与电池系统系列报告(八十二)》招商证券

《4680电池:谁的砒霜,谁的蜜糖?》锦缎研究院

《新物种4680电池:看起来很美,造出来不易》Mr.蒋静的资本圈

《良品率超90% 4680大圆柱电池加速量产》电池中国网

《4680电池能让Model Y降价多少?》汽车头条

《特斯拉因4680电池再陷「量产地狱」?》机器之心

《特斯拉“产能地狱”往事:分歧、落地、陷阱、重塑》创事记

《三星SDI和LG能源已完成4680电池样本研发,瞄准特斯拉订单》盖世汽车网

《特斯拉的电池策略》电动汽车观察家

《破解电池“卡脖子”:广汽埃安将自建电池产线》新锐汽车观察

《电池厂商博弈加剧,开放合作与技术创新的时代来临!》OFweek锂电网

《动力电池话语权之争:车企自建电池厂PK第三方电池供应商 》经济观察报

 

本文作者:周晓雯,编辑:陈晨,来源:锂猫实验室,原文标题:《押注4680,特斯拉为了什么》

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