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马斯克推崇的“46系”圆柱电池,国产厂商怎么看?

科技

图片来源@视觉中国

文 | MIR睿工业

01 逃离柏林

“46系”电池兴起得益于特斯拉的带动,其中比较重点的4680电池从2020年在特斯拉电池日上亮相后,就备受业界瞩目,并得到了资本的追捧。马斯克声称,4680电池堪称改变电池行业的存在,无论是安全性还是性能方面,都将解决传统电池的弊端。

但随着特斯拉被寄予厚望的柏林工厂(网传特斯拉将把柏林工厂定为4680电池的主要生产基地)近来坎坷不断,再加上特斯拉在生产过程中一项高度复杂的生产技术(可实现圆柱电池大型化的电极干法工艺)出现重大延误,使得心力交瘁的马老师大手一挥,指示德国工厂除了保留生产电极的设备,其他所有与电池生产有关的机械都将运回美国。

特斯拉这次堪称狼狈的败退,让“46系”电池的发展前景蒙上了一层阴影,同时也对持观望态度的业内人士造成了信心上的冲击。

02 “快充”与“换电”的分野

中国新能源汽车产业在发展过程中的“鲶鱼效应”体现得特别明显,尤其是特斯拉进入中国市场之后,感受到危机感的传统汽车“老炮”和造车新势力都投身到新能源汽车产业中。同样“46系”电池在中国市场的发展也遵循这一效应。

从分类上来说,“46系”电池从属于圆柱电池大类。圆柱电池早期在中国市场还主要应用于消费电子领域,后来凭借其型号统一,标准化生产程度较高等特点,逐渐切入车规动力电池领域。

可好景不长,随着国家补贴政策鼓励电池企业向高续航、高能量密度方向发展,以解决新能源汽车的续航里程问题,以宁德时代为首的方型电池企业市占率快速提高。而圆柱电池由于能量密度难以达标,市场受挤压,只能暂时“默默发育”,转战电动工具和电动二轮车应用市场。

2015-2021年中国动力电池分类型装机量 数据来源:MIR DATABANK

圆柱电池想发展,怎么办?一条路:提高能量密度。

以特斯拉为首的厂商经过不断的技术改进,在原来18/21系圆柱电池的基础之上加了三层buff:

1. 改进材料体系/结构硅基负极:能够提供更高的能量密度和倍率性能,能量密度提升10%-20%;

2. 使用新型电解液:添加新型锂盐,提高电解液窗口和充放电电压;

3. 无极耳/全极耳设计:阻抗更小,提高电极和充电倍率。

随着技术的慢慢改进加上2020年国内政策补贴退坡一声“炮响”,炸出了Tesla4680电池方案,根据特斯拉披露信息:4680电池在成本端较21体系圆柱电池综合降本56%。

4680电池这一概念横空出世其实是带有意外之喜的,那就是无极耳/全极耳设计所带来的充电倍率使得“46系”圆柱电池与EV快充更加适配。“46系”圆柱电池逐渐变成整车厂(追求快充技术)的一个主要选择。这一变不要紧,却使得各大整车厂的车型围绕快充还是换电迅速形成了分野:

想走充电技术路线的车型:会比较倾向于选择以“46系”为主的圆柱电池。 想走换电路线的车型:会比较倾向于选择以长刀片/短刀片形态为主的大尺寸方形电池。

如果说各大整车厂商想让自己的车子走哪条路线仅仅是技术上的分野,那么对于提供配套的换电站运营商和设备提供商们来说将是一次战略投资选择,其本质是一次时间与成本的pk:

选择快充,目前国内公共充电桩建设规模达114.7万个,已形成了一定的规模效应,规模有了,那么就会把成本打下去。并且快充模式对于跨品牌多车型、多电压平台等情况均可通用,车企配合度比较友好,这样标准化程度高,就易形成可持续的商业模式。

选择换电,物理意义上可大幅缩短补能时间,显著提升用车体验。对于追求效率、单次补能电量大的运营类车辆具备综合成本优势。

就目前形势来看,换电模式对于不同车型的标准化程度低,短期难以形成规模效应。并且国家政策刚转向不久,具体细则未出台,换电的商业模式和运营模式尚未成熟,仍处于探索期。

与此相对,快充的标准化程度高,使其拿住了普通乘用车这块的成本优势,暂时处于上风。因而对于更加适配快充的“46系”圆柱电池,未来市场空间将十分可观,国内各相关厂商也纷纷瞄准这个赛道,并且思路也很清晰:未来我不一定把它当主力,但我目前必须要有相关技术储备。

充电技术与换电技术优缺点 信息来源:MIR DATABANK

03 国产厂商怎么看?

相比半导体或是机床等同样重要的行业,中国新能源电池市场格局比较特别。

特别之处在于电池具备较高的技术壁垒且占整车成本比高,这个庞大的市场由宁德时代和比亚迪双寡头占据了大量份额。国产品牌的话语权十分强大,外资几乎不可能像台积电之于半导体,日系之于机床那样可以对国产品牌进行降维打击。

锂电之矛宁德时代现已经发展为全球顶尖的电池企业,二三梯队比亚迪、蜂巢等也占据了一部分市场,外资电池企业在成本、售后等方面并不具备明显优势,国产整车厂商已经没有理由再去选择外资企业的电池产品了。另外,外资企业保供能力也对其进入中国市场有很大影响,一些厂商认为外资尤其是日韩电池企业的研发或投产日程普遍更慢,保供能力会是一个很大的风险。

因此在外资压制缺席的新能源动力电池市场,内资厂商更能够发挥主观能动性。

目前国内的整车厂商在是否导入“46系”圆柱电池的问题上还是很谨慎的,毕竟连特斯拉这样的“大鲶鱼”也因技术问题,使得自家4680电池还停留在试产阶段。当然也有部分国产厂商不信这个邪,看好“46系”圆柱电池,其中比较有代表性的要数亿纬锂能。

作为国内最早涉足圆柱电池的企业之一,亿纬锂能在圆柱电池领域有超过 20 年的生产经验。从18650到21700再到4680,亿纬锂能的产品丰富度和产品迭代的完整性在国内同品类中是首屈一指的。在看到Tesla Model 3带动圆柱电池增长的大趋势之下,亿纬锂能也在布局自己的“46系”圆柱电池:

技术积累:亿纬锂能已布局三元圆柱技术,2021 年宣布与 StoreDot 联合开发“46系”大圆柱电池路线,并通过中试线完成了“46系”大圆柱系统产品的试生产。

产能建设:预计 2023 年产能释放 20GWh,2024 年达到 40GWh,亿纬锂能近期在建产能为湖北省荆门市建设 20GWh 46 系电池产线(拟投资 44 亿元)。

降本增效:积极大胆布局产业链上游,通过与其他企业(如格林美、华友钴业、恩捷股份等各自细分领域的龙头公司)成立合资公司或收购股份的方式,投资了涵盖锂钴镍等矿产资源以及电解液、隔膜、三元正极、铜箔等锂电材料,通过规模效益达到降本的目的,同时还能规避上游的资源短缺风险。

客户开发:亿纬锂能将为德国宝马集团 Neue Klasse 系列车型提供大圆柱锂离子电芯,成为宝马将于 2025 年上市的新系列电动汽车电池在欧洲的主要供应商。

除了亿纬锂能之外,国产电池厂商像“老大哥”宁德时代,还有比克电池在“46系”圆柱电池的布局均已进入pilot(试点)阶段,并已经与一些车企达成了合作意向。

主要电池企业4680正极技术路线梳理 信息来源:MIR DATABANK

如果说亿纬锂能等电池企业研发“46系”大圆柱电池是因为布局新兴技术方向,那么其他整车厂商布局“46系”圆柱电池则更多是出于在新兴技术方向上争夺产业链话语权。

从市场竞争角度来看,目前“46系”圆柱工艺尚未成熟,市场参与者均处于同一起跑线,即便像宁德时代和比亚迪这样的电池巨头在圆柱电池领域也没有较大优势。因此对于大部分整车厂来说,圆柱是一个突破口,能够将圆柱电池技术掌握在自己手里,未来在商业价值等各方面主动权将会更大。

从技术端来看,国内规划布局“46系”圆柱电池的整车厂商也可分为两个梯队:一个梯队是拥有自主研发能力的整车厂,他们可以从自身整机/整车的车型、定位出发,布局46系电池的自研;另一个梯队是没有自主研发能力的整车厂,他们在电芯选择方面的话语权较少,会倾向于选择特斯拉推行的4680尺寸方案。

中国的新能源整车厂商们无论是造车新势力如小鹏,还是拥有传统车企背景的新能源汽车企业如广汽、上汽等,他们对于“46系”圆柱电池的研发或导入还处在起步阶段,大部分整车厂商的步子都没有迈得太大。

小鹏汽车未来计划导入“46系”圆柱电池,具体导入电池尺寸将根据车型规划而定。小鹏汽车认为圆柱电池不仅可以提升续航能力与快充能力,而且在降本和安全性方面都比较有优势。但小鹏目前时间线拉的比较长,在最近两三年之内不会有很大的动作。

与小鹏同为造车新势力的蔚来也很认可“46系”圆柱电池在快充上的天然优势,并且短期内我们认为蔚来导入“46系”圆柱电池的目标,可能还不是自供,而是掌握话语权。相对于小鹏汽车,蔚来在“46系”圆柱电池的研发导入进程中走的相对较远。

从技术研发角度看,蔚来汽车科技(安徽)有限公司公开专利“柱状电池”,在正极耳和负极耳设计方面蔚来已经取得了一定成果。并且蔚来计划将在2024年推出自研的800V高压平台电池包。业内人士预计,上述800V高压电池包将采用4680圆柱电池,计划将搭载到蔚来第三代平台(NT3)的车型上。

在产能上,蔚来投资20亿成立电池公司(蔚来电池科技),能够辅助支撑主机厂布局“46系”圆柱电池的生产,提高市场话语权。

在人才储备来上,蔚来现已拥有超过400人的电池研发相关团队,正在深入参与电池材料、电芯与整包设计、电池管理系统、制造工艺等研发工作。

广汽集团目前主要应用宁德时代、蜂巢能源等企业的方型电池,表示未来有采用圆柱形电池的需求,但具体导入时间未作披露,外界猜测广汽可能考虑导入国内电池厂商的“46系”圆柱电池。

上汽集团目前主要采用宁德时代的方型电池,从目前公司的动态来看,会更倾向于宁德时代提供的麒麟电池方案。上汽现在的想法很简单:圆柱电池是每一家主机厂都不会放弃的路线,但目前需要观望第一批量产后的市场反映和实际性价比,再决定是否导入圆柱电池。

江淮汽车认为高镍 硅“46系”圆柱电池,一方面可以做到高安全;另一方面电芯可以实现竖放,在整车设计和空间利用方面有着更为明显的优势。目前“46系”圆柱电池江淮主要走的是合作研发的模式,并且已在研发4680等多款大圆柱电芯,也有部分从外部供应商(中比能源)导入。但具体搭载整车“46系”圆柱电池量产时间还未确定。

大部分整车厂之所以如此谨慎,也是出于各方考虑,例如有的厂商担心“46系”圆柱电池整体工艺尚未成熟,一些比较关键的工艺(干法技术、模切处理等)还有待完善,整体集成效率低;还有些厂商认为目前市场比较主流的是方形电池方案,圆柱电池目前还没有明显的市场需求…

尽管目前“46系”的推进还比较慢,但缓解新能源汽车的里程焦虑仍是动力电池行业的主旋律,因此各家还是看好圆柱“46系”电池的能量密度潜力和在快充端的先天优势。至少,在新能源汽车产业飞速发展的当下,是一次有价值的尝试。

结语

由特斯拉带起来的“46系”圆柱电池,像是站在动力电池行业门口的“野蛮人”。因为这个概念影响的不仅仅是动力电池行业本身,还会带动一整条的产业链例如高镍正极、硅基负极、碳纳米管、电解液、结构件等环节,牵涉到的企业有上千家。所以,与其说“46系”圆柱电池是一个新的电池方案,不如说这是动力电池领域中的一条新产业链。

因此未来“46系”圆柱电池的发展所考验的不仅仅是电池技术本身,更是动力电池行业对新产业链的整合能力,需要用全局的观念来布局整个产业,而不是某一个独立环节。

对于整车厂来说,“46系”圆柱电池是一个风口,所谓风口的意思是未来不一定能形成龙卷风,但至少现在把坑位占了,那么等风来时,猪都能上天。因此明智的竞争者往往会权衡利弊,守正出奇,在变化莫测的市场竞争中取得最后的胜利。

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