特斯拉引以为傲的4680电池，量产遇到大问题了！连诺贝尔奖得主也确认了。外媒路透社近日在采访了12位电池专家后获悉，因为电芯生产中的“干式涂布”工艺迟迟无法投入大规模量产，特斯拉的4680电芯自今年投产后一直都处于小批量生产阶段，进而只有少量特斯拉的车型能够搭载4680电池进行交付。并且因为产量太小，4680电池原本应该发挥的大幅降低电池成本的作用也被打了个对折。凭借无极耳、硅基负极等多个新设计，4680电池在2020年发布时用一系列强劲的性能指标吸引了全球的密切关注。特斯拉方面声称，在配合CTC技术后，能够让电动汽车的续航提升54%，且电池成本还能大幅下降。猛一听这简直就是电动车界的爆炸性技术突破，是明日之星。但等了近2年之后，搭载4680电池的Model Y在美国已经交付用户，大家发现这些车型的续航不仅没有提升反而还下降了，甚至现在连量产问题都还没解决……那么4680电池在生产中到底遇到了哪些问题？它到底采用了哪些技术创新，又能给特斯拉带来哪些提升呢？路透社通过与12位了解特斯拉4680电池技术的专家进行沟通后，回答了这些关键问题。
2020年9月，特斯拉在电池日活动上正式发布了引起全球关注的4680电池（电芯），并在今年于正式投产，安装在特斯拉美国得州工厂生产的Model Y车型上。
▲特斯拉展示的4680电芯
该电池实现量产的一个关键是干式涂布工艺（dry-coating）。但专家们却透露特斯拉在推进这一工艺量产中却遇到了不少挑战。锂离子电池的共同发明人、2019年诺贝尔奖得主之一Stan Whittingham向外媒表示，“我认为他（马斯克）终将解决这个问题，但不会像他计划得那样快，因为该工艺仍需要一些时间来测试。”在使用传统湿法工艺涂抹电极时，电池生产商将材料与有毒的黏合剂溶剂混合。一旦完成涂层，电极就会在大型烘箱中干燥，在此过程中蒸发的有毒溶剂会被回收、处理和循环利用，而这些都增加了成本。
▲干电极生产过程
干式涂布工艺则不同了，在这项技术中，电极使用不同的黏合剂进行涂抹，几乎不使用液体，因此它们不需要被干燥。这意味着它更便宜、更快，对环境的破坏也更小。特斯拉方面曾表示，该工艺帮助特斯拉将成本减少了三分之一，并将工厂的占地面积和能源消耗削减到湿法工艺的十分之一。2019年，特斯拉通过出售股票，以2.35亿美元收购了Maxwell公司。后者为其超级电容器研发出了干电极技术和干式涂布工艺。据了解，Maxwell的干电极技术和干式涂布工艺不仅可以让电动汽车的续航能力得到提升，而且该项技术还可以大幅简化制造工艺，制造成本可以减少10至20个百分点，还能让电池能量密度至少提升20至30个百分点。
▲Maxwell干电极技术介绍
但电动汽车使用的动力电池因为更大和更薄，所以难以用干式涂布工艺在保证质量的情况下进行大规模量产。“他们可以进行小批量生产，但一旦加大产量就会遇到非常多的问题，太多了。”一位接近特斯拉的专家这样向路透社评论道。专家表示，因为产量太小了，所以该工艺原本应该带来的节约成本的效果根本无法实现。电池专家们分析称，目前搭载4680电池的Model Y的成本也只能下降2000~3000美元（约合人民币13956元至20934元）。这个数字只相当于特斯拉在4680电池发布会上公布的一半。并且节省的这两千多美元，主要还是因为电池更大了才能实现的。
▲4680电池
特斯拉原来需要使用4400个2170电芯为Model Y供电，即工人需要焊接17600个点（每个电池有4个焊点），才能组装好一个电池组。如果是4680电芯仅需830个，每个电芯只有两个焊接点，焊点也减少到1660个，成本显著降低了。而且更简单的设计还意味着连接器和其他部件更少，这使得特斯拉能够进一步节省劳动力成本和机器时间。而如果干式涂布工艺能够规模量产，则能让Model Y所搭载的4680电池组的成本减少5000~5500美元（约合人民币38379元）成本的一半）——比2170电池要减少一半。而早在今年2月份，外媒autoevolution就援引一位博主的消息报道称，特斯拉加州工厂的4680电芯良品率仍然很低，而这可能会影响电池的质量。当时博主放出的文件图片显示，当天有14台机器在运行，4680电芯综合良品率达92%。其中一台机器因为需要用来培训得州工厂的员工，所以所产电芯的不良率达到了82%。
▲博主放出的文件图片
生产数据还显示，当天工厂只生产了大约6250个电芯。而一辆Model Y大约需要830个电芯，这就意味着当时工厂的产能大约只能满足7辆Model Y的生产。而在8月份的特斯拉股东会上，马斯克仍宣布将在2022年底将大规模量产4680电池。但从专家的分析来看，这一目标显然难以实现。
今年4月，据外媒Drive Tesla Canada报道，特斯拉向其员工发送了一封邮件，邮件内容显示美国得州生产的标准续航版Model Y的起售价格为5.999万美元（约合38.1万元人民币）。需要注意的是，邮件里提到的得州工厂生产的Model Y正是特斯拉首款搭载了4680电池的车型。曝光的信息显示，新车为双电机版本，EPA续航为279英里（约为449公里），0～60英里（约为96.5公里）/时的加速时间为5.0秒，最高速度可以达到217km/h。名为Spoken Reviews的YouTube博主还买了一辆4680版Model Y并对其进行了评测。经过测试，博主推测，在平均车速为75英里/小时（约121公里/小时）的条件下，得州产的Model Y全驱版实测满电续航可以达到230英里（约370公里）。
▲博主晒出的说明书
而通过对中美欧特斯拉入门版Model Y的关键参数对比可以发现，4680版Model Y的续航和加速并没有明显的亮点，与传统2170电池并无很大差异。
▲中美欧特斯拉入门版Model Y参数对比（中间的是4680版Model Y）
特斯拉官方解释说，用4680电池以后Model Y全驱版性能下降是为了让更多的人开上特斯拉Model Y。不过网友并不买账，认为特斯拉是为了不影响其他版本Model Y的销售，同时还想降低成本，既要面子，又要里子。
有意思的是，在2020年9月的特斯拉电池日活动上，马斯克对4680电池信心满满，计划在今年实现量产。当时，马斯克称4680电芯的单体能量提升了5倍，输出功率提升了6倍。再配合着CTC（电芯直接装入底盘）技术，新电芯整体能让电动车的续航提升54%。按照这个数据，也就是说能让Model 3长续航版的NEDC续航从668公里升至1000公里以上。为了达到这个目标，特斯拉从电芯的结构和材料上，都进行了革新——采用了更大的外形（直径46mm，高度80mm）、内部取消了极耳、用硅基材料替代了碳基负极，并进一步降低了正极钴元素的含量。特斯拉要做的，并不仅仅是提升电池的性能。上述改进结构、优化材料和装配工艺的做法，同时还降低了电池的成本。再加上优化矿物开采和提炼流程、用自动化设备改进电芯制造工艺、开发电池回收技术等，特斯拉还将电池的度电成本（即每度电的价格）降低了56%。
▲特斯拉自动化电芯产线
当然，当时这个新电芯看似很美好，但其实里面部分技术还处于研究阶段，比如硅基负极目前还是一个行业难题。所以特斯拉这次公布的技术，离量产还有距离。而在这次电池日上，马斯克也着重讲到了干电极技术的生产。生产时需先对电极进行湿法处理，然后再将其引入到干电极技术，具体流程是将粉末状的材料压成膜，然后进行干电极涂层，这一加工过程的工艺也比较复杂，当时特斯拉还未实现量产。但好处是采用这一技术后，电池生产操作难度也降低了10倍。
▲干电极生产过程
当时马斯克也聊了4680电芯的装配，他表示，就像飞机的结构燃料箱位于机翼中一样，特斯拉的电芯也将直接装入底盘，成为车辆底盘的一部分（即CTC技术）。这个技术首先是要用先进的一体冲压技术来做出车身，然后再将电芯装入车辆中部。特斯拉表示，这种装配工艺在保持容量不变的情况下，能够省掉370个车身零部件，减轻10%的车身重量，同时还电池更接近车身中心，能够更好平衡车身，提升稳定性。
▲特斯拉4680电芯可直接装入底盘
马斯克还在电池日前在推特上表示，预计要到2022年才能量产新一代电芯，并且这个电芯将主要用于Semi卡车、火星皮卡和新一代的Roadster跑车。当时，他并未透露新电芯将用于Model Y，或许他当时就对新电芯的产能比较担心。
▲马斯克当时表示2022年或更晚才能量产
据了解，松下、LG和三星等电池供应商的4680电池产线正在逐步铺开，国内的电池厂商也在该赛道提前布局，唯恐落于人后。今年2月，据外媒CleanTechnica报道，松下正在翻新工厂设备，将要试生产4680电池。松下当时还表示4680电池若能交付，将首向特斯拉供应。不过，或许要到明年，松下才能量产4680电池，目前相关产线正在建设中。
▲4680电池与以往电池对比
今年6月，LG也宣布将投资5800亿韩元（约合38亿元人民币）建设4680电池生产线，但是投产的时间也在明年。当外媒的目光只聚集在海外电池巨头身上时，他们往往会忽略一个事实，那就是中国早有企业拿出4680电池实物了。而国内最早拿出4680电池中国企业恐怕要数比克电池了。2021年3月19日，中国国际电池技术展览会（CIBF 2021）在深圳开幕，比克电池携带多种规格的电池实物参展，其中就包括4680电池。
▲比克电池三位高管携多种电池亮相CIBF 2021展，展品中包括4680电池
比克电池副总裁李丹在接受采访时透露，4系列（直径46mm电芯产品）目前主要是定制产品，客户可以与比克电池进行联合开发、制定电池的具体参数，而非定制化的量产版本大约会在2022年年底面世。在2021上海车展上，亿纬锂能也将自家的4680电池带上了展台。亿纬锂能基础材料与技术研究室主任冀亚娟在接受采访时表示，亿纬锂能布局的是46800和46950两个大圆柱电池。公司在2023年后会逐步将大圆柱电池进行市场推广，预计2023时年产能达到20GWh，2024年达到40GWh。
▲亿纬锂能4680电池展品
同样带着4680电池展品登陆上海车展的还有力神电池。不过车东西没能找到更多关于力神4680电池的信息，只是找到了其他媒体在现场拍到的照片。
▲亿纬锂能4680电池（左）和力神4680电池（右图左一）（图片来源见水印）
不管怎么说，目前已经有三家中国企业带着4680电池成品参加了大型展会。而且，未来可能还会有更多企业加入进来。
回想2020年的特斯拉电池日，可谓是万众瞩目。马斯克拿出了4680电芯，凭借其他玩家都没有的新技术，获得了各种掌声。并且PPT上醒目的数字无一不在提醒观众这个新电池非常厉害，具备革命性的意义。但一眨眼2年过去了，搭载4680电池的车型在性能上并没有给人惊喜，大家似乎逐渐忘了这个电池的存在，而特斯拉则在默默地解决量产难题，难免让人唏嘘。看到眼下这种态势，其实很明显能想到一个结论，那就是任何新技术都是发布容易量产难。
作者：
来源：车东西
时间：2022-09-09
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