蘋果造車10年長(zhǎng)跑，最終無果而棄，引發(fā)全球唏噓。而在世界頭號(hào)市值車企特斯拉內(nèi)部，同樣存在一個(gè)類似的“泰坦”項(xiàng)目，就是4680大圓柱電池。
據(jù)36氪了解，從2019年開始投入起，特斯拉為該項(xiàng)目5年投入了30億美元，“公司內(nèi)罕見的巨資項(xiàng)目”，但至今仍未量產(chǎn)。作為電動(dòng)車最核心的零部件，特斯拉希望通過4680電池的研發(fā)和應(yīng)用，在行業(yè)中一騎絕塵。但顯然，這個(gè)愿望沒有實(shí)現(xiàn)。
在馬斯克大刀闊斧般的裁員計(jì)劃中，4680電池項(xiàng)目自然也成為了重災(zāi)區(qū)，“從1600人，裁到就剩1000人?！毙袠I(yè)中甚至傳出特斯拉欲放棄此技術(shù)的消息，一時(shí)間山雨欲來。
但是與蘋果汽車的劇本有所不同，特斯拉的4680大圓柱電池，迎來了轉(zhuǎn)機(jī)。
有多位接近特斯拉的工程師告訴36氪，特斯拉電池團(tuán)隊(duì)最新的任務(wù)是年底量產(chǎn)全干法的4680大圓柱電池，“現(xiàn)在已經(jīng)有電芯在裝車準(zhǔn)備做測(cè)試了，先在美國量產(chǎn)，歐洲工廠緊隨其后?！?/p>
電池成本成為電動(dòng)車企的最大盈利障礙，特斯拉發(fā)起的4680電池自然被視為車企掌控自身命脈的契機(jī)。跟隨特斯拉，國內(nèi)外電池廠都在積極布局。最火熱時(shí)，蔚來規(guī)劃了40GWh的產(chǎn)能。
但時(shí)至今日，多數(shù)公司已經(jīng)處于半放棄狀態(tài)。有電池廠人士說，“海外車企會(huì)來交流一下，國內(nèi)車企壓根沒興趣?！?/p>
車市終端價(jià)格戰(zhàn)的持續(xù)，讓行業(yè)的熱情削減，市場(chǎng)不再為新技術(shù)買單。一派消沉之下，特斯拉的悄然突破似乎成為了希望所在。
特斯拉的干法電極技術(shù)，不僅可以用在4680上，也是未來固態(tài)電池的終極生產(chǎn)方式。
這一技術(shù)可以將整條產(chǎn)線縮短約100米，接近一個(gè)足球場(chǎng)的長(zhǎng)度。有行業(yè)人士告訴36氪，正負(fù)極全部用干法制造，單瓦時(shí)的電芯價(jià)格可以節(jié)省2-3分錢。
這是什么概念？當(dāng)下方形磷酸鐵鋰電芯的最低報(bào)價(jià)為每瓦時(shí)0.32元，其中BOM成本與制造、人工等合計(jì)就要0.28-0.3元。特斯拉節(jié)省出來的部分，已經(jīng)是大部分二線電池廠的利潤(rùn)所在。
中國是全球動(dòng)力電池產(chǎn)業(yè)鏈最完善、技術(shù)最豐富的國家。但中國電池公司們此刻都在為降本焦頭爛額，沒有人注意到，在大圓柱電池領(lǐng)域，特斯拉已經(jīng)領(lǐng)先了中國公司們一步。
這一步的距離，可能數(shù)年才能跨越。
「攻克干法電極，特斯拉找到“銀子彈”」
2019 年，特斯拉宣布以 2.18 億美元溢價(jià) 55%收購美國初創(chuàng)公司 Maxwell，該公司擁有一種核心專利技術(shù)——干法電極。
馬斯克看到了這一技術(shù)的巨大潛力，并將其用于制造4680電池的極片。
傳統(tǒng)的濕法工藝，需要將正極與負(fù)極的粉末狀材料，與有毒的溶劑混合，調(diào)制成漿料，涂在相應(yīng)的箔材上。隨后在長(zhǎng)達(dá) 100 米的烘箱中烘烤，去除水分，才能讓極片最終成型。
特斯拉使用的干法工藝，將正負(fù)極粉末與特殊的粘結(jié)劑混合，直接壓實(shí)在箔材上，這樣全程沒有水分參與，省掉了烘干的步驟。
特斯拉估算，相較于濕法，采用干法電極工藝能夠減少18%以上的成本，以及41%的設(shè)備投資。也有設(shè)備廠人士告訴36氪，正負(fù)極全部用干法制造，單瓦時(shí)的電芯價(jià)格可以節(jié)省2-3分錢。
制造干法電極的第一個(gè)關(guān)鍵步驟將正極或負(fù)極的粉體材料混合，混粉需要完全均勻，這就是難題所在。
有接近特斯拉的工程師告訴36氪，如果做一桶粉，第一勺和最后一勺檢測(cè)出來的結(jié)果完全不一樣。這些粉末放置兩小時(shí)，或是八小時(shí)，測(cè)出的結(jié)果也不一樣。如果混合的不均勻，做出來極片幾乎難以使用。
更難的步驟是輥壓。傳統(tǒng)的輥壓工序運(yùn)用軋輥將干燥后的極片壓實(shí)，這樣可以保證電芯的性能。
特斯拉在負(fù)極上使用的是石墨材料，質(zhì)地較軟，壓起來更容易，很快便做到了量產(chǎn)。但正極是硬度很高的鎳鈷等金屬，這相當(dāng)于將細(xì)小的砂礫壓成光滑的鏡面，難度不言而喻。干法正極也是量產(chǎn)4680最大的關(guān)隘。
前述工程師說，正極在壓的過程中，稍有不慎就會(huì)對(duì)設(shè)備造成損傷?！懊看涡迯?fù)設(shè)備都要45天，所以量產(chǎn)的進(jìn)度就無限推遲”。
馬斯克最開始為4680定下的目標(biāo)是2021年量產(chǎn)，2022年產(chǎn)能達(dá)到100GWh，顯然這個(gè)目標(biāo)過于樂觀。好在經(jīng)過工程師團(tuán)隊(duì)的努力，干法正極技術(shù)已經(jīng)在2022年底突破。
有工程師告訴36氪，當(dāng)時(shí)干法正極已經(jīng)做出了極卷（大卷的極片），但卷繞成為電芯時(shí)會(huì)出現(xiàn)各種問題，比如速度太快容易斷裂。
2023年全年，特斯拉都執(zhí)著于在極片制造時(shí)解決一切問題，讓極卷更為完美。但“這是幾乎是不可能解決的問題”。
直到今年4月份，特斯拉分管三電的高級(jí)副總裁德魯·巴格利諾宣布離職，巴格里諾是4680主要負(fù)責(zé)人，其離職后，干法工藝路線也迎來調(diào)整。
“我們還是使用2022年底做出來的那一款極卷，在卷繞工藝上優(yōu)化，這樣能更容易的解決問題?！庇泄こ處熣f。
他說道，特斯拉之前面臨的問題之一，是電極的厚度不同導(dǎo)致卷的時(shí)候箔材和電極不在一個(gè)平面上。“就像你拿四張厚度不同的紙一起卷一樣，很容易出現(xiàn)問題。”
但這并不是一個(gè)復(fù)雜的工藝，既有的濕法技術(shù)也會(huì)面臨這樣的問題，“供應(yīng)商就有解決方案，只不過成本比較高。”
技術(shù)路線的轉(zhuǎn)向是特斯拉有信心做出全干法4680的關(guān)鍵。“年底的任務(wù)是干法4680的規(guī)模量產(chǎn)，現(xiàn)在已經(jīng)有電芯在裝車準(zhǔn)備做質(zhì)量測(cè)試了?！庇薪咏厮估墓こ處煾嬖V36氪。
當(dāng)然，4680的技術(shù)路線不止一條，電池公司們也在研發(fā)相應(yīng)的產(chǎn)品。
「國內(nèi)大圓柱之困：內(nèi)有工藝遇阻，外有半固態(tài)擠壓」
以創(chuàng)新著稱的特斯拉尚且難以攻克干法電極工藝，只能使用石墨作為負(fù)極，中日韓動(dòng)力電池公司們對(duì)此則直接采取了迂回戰(zhàn)術(shù)，即全部使用成熟的濕法技術(shù)，再結(jié)合硅碳負(fù)極達(dá)成量產(chǎn)。
兩種路線各有優(yōu)劣，理論上說，特斯拉的干法技術(shù)取消了烘箱段，在制造成本上更有優(yōu)勢(shì)，但僅用石墨做負(fù)極，能量密度的提升十分有限。
成熟的濕法技術(shù)，雖然制造成本依舊，但能量密度更高，性能表現(xiàn)更好。代價(jià)則是硅負(fù)極的膨脹問題難以解決。據(jù)36氪了解，目前國內(nèi)不少電池廠商都卡在了這一環(huán)節(jié)。
當(dāng)然，大圓柱電池制造工藝上的調(diào)整也帶來了更多的不確定性。
對(duì)比傳統(tǒng)的圓柱電池產(chǎn)線來說，大圓柱的工藝讓涂布的精度要求更高。“以前的涂布是單極耳，全部涂成一個(gè)面，對(duì)齊兩邊就行，但大圓柱是全極耳，有很多邊，涂的時(shí)候都要對(duì)齊。”有工程師告訴36氪。
全極耳技術(shù)
這給設(shè)備造成了很大壓力，4680的涂布精度要求是±0.1mm的偏差，但國內(nèi)大部分設(shè)備目前只能做到±0.5mm。
當(dāng)然，這個(gè)問題不是無法解決?！叭毡镜耐坎荚O(shè)備在簽合同的時(shí)候就敢保證0.1mm的偏差要求，但價(jià)格是國內(nèi)設(shè)備的3-4倍?！鄙鲜龉こ處熣f。
這只是涂布的問題，全極耳面臨的問題同樣不少。無論是全極耳成型，還是集流盤焊接，電池企業(yè)采取的方法都莫衷一是。
舉個(gè)簡(jiǎn)單的例子，在極耳成型時(shí)，無論是采取揉平還是切折工藝，都可能產(chǎn)生細(xì)小的碎屑或毛刺，如果進(jìn)入電芯，會(huì)存在熱失控風(fēng)險(xiǎn)。
電池制造是木桶原理，最短板決定了制造良率和效率。這些問題每一個(gè)都要妥善解決，大圓柱電池才能順利量產(chǎn)。
但受限于當(dāng)下價(jià)格戰(zhàn)的持續(xù)，大圓柱的量產(chǎn)進(jìn)度一再推后。與此同時(shí)，能量密度更高的半固態(tài)電池也開始走向量產(chǎn)，搶奪車企的訂單。
純電車型對(duì)能量密度的追求一直存在，蔚來的150度半固態(tài)電池包已經(jīng)直播路測(cè)，續(xù)航超過1000公里。今年，智己L6發(fā)布了搭載半固態(tài)電池的光年版車型，承諾年內(nèi)交付。
據(jù)動(dòng)力電池產(chǎn)業(yè)創(chuàng)新聯(lián)盟數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)，今年上半年，半固態(tài)電池已經(jīng)裝車2154.7MWh，這些電池足以搭載超過14000輛蔚來ET7。
半固態(tài)電池受益于高能量密度，加快了量產(chǎn)步伐。大圓柱電池也不甘示弱，走向了快充的陣營，億緯鋰能、中創(chuàng)新航、正力新能等電池公司陸續(xù)發(fā)布支持4-6C倍率的大圓柱產(chǎn)品。
半固態(tài)電池與大圓柱電池，都是接近量產(chǎn)的全新電池技術(shù)。對(duì)二者的態(tài)度，行業(yè)中也存在不同的聲音。
一種聲音認(rèn)為，半固態(tài)量產(chǎn)后，大圓柱電池將毫無還手之力。在能量密度以及未來發(fā)展（全固態(tài)）上，半固態(tài)幾乎占據(jù)絕對(duì)的優(yōu)勢(shì)，唯一的問題在于成本較高。
另一種聲音則認(rèn)為大圓柱比半固態(tài)更有優(yōu)勢(shì)?；诎踩钥紤]，大圓柱是鋼殼，而半固態(tài)是軟包，軟包封裝形式的高鎳三元電池，是否能通過新國標(biāo)的“不起火不爆炸”的熱失控實(shí)驗(yàn)還是個(gè)問題。
但不管是大圓柱還是半固態(tài)，都在汽車行業(yè)持續(xù)的降本戰(zhàn)中向后推遲量產(chǎn)時(shí)間。
「大圓柱量產(chǎn)，需要特斯拉孤注一擲」
在電池行業(yè)，實(shí)用已經(jīng)成為了最大的優(yōu)點(diǎn)，新技術(shù)的突破已經(jīng)不如成熟技術(shù)的低價(jià)更有吸引力。
大圓柱電池也難以逆轉(zhuǎn)大勢(shì)，曾經(jīng)熱衷于這一技術(shù)車企與電池企業(yè)們，都開始偃旗息鼓。只有特斯拉除外。
“特斯拉年底會(huì)先在美國量產(chǎn)全干法的大圓柱電池，歐洲工廠緊隨其后也會(huì)開始使用?！庇兄槿耸扛嬖V36氪。
特斯拉向來都是新技術(shù)的嘗鮮者，無論是一體化壓鑄的使用，還是端到端大模型的上車，都是由特斯拉率先突破，隨后諸多車企跟進(jìn)，這樣的例子已經(jīng)屢見不鮮。
若年底特斯拉成功量產(chǎn)大圓柱電池并大規(guī)模使用，這一循環(huán)又可以復(fù)現(xiàn)。
制造業(yè)的大規(guī)模降本都是通過工藝的改進(jìn)來實(shí)現(xiàn)，特斯拉的干法電極技術(shù)，以及大圓柱的生產(chǎn)速度，都擊中了這一關(guān)鍵點(diǎn)。
圓柱電池的生產(chǎn)速度如今已經(jīng)達(dá)到300PPM（每分鐘生產(chǎn)300個(gè)電芯），如果大圓柱電池按照這一速度來計(jì)算，在生產(chǎn)效率上幾乎可以做到方形電池的4-5倍。
再加上干法技術(shù)帶來的設(shè)備和生產(chǎn)物料的投入減少，短期內(nèi)大圓柱電池可能受限于良率和效率，但長(zhǎng)期來看帶來的成本降低非常可觀。
大圓柱對(duì)車企的意義更在于統(tǒng)一電池規(guī)格，如果電池成為標(biāo)準(zhǔn)品進(jìn)行采購，那么價(jià)格還會(huì)下降，車企對(duì)電池供應(yīng)商的掌控力度也會(huì)更強(qiáng)。
當(dāng)然，大圓柱電池的PACK設(shè)計(jì)是一個(gè)難點(diǎn)，“國內(nèi)很少有車企具備這種技術(shù)能力。”一位電池行業(yè)工程師告訴36氪。
“大圓柱的PACK難點(diǎn)在于焊點(diǎn)太多，但也不是完全無法解決的問題，投錢去做就可以了，只不過車企現(xiàn)在沒錢。”
電池行業(yè)對(duì)這一技術(shù)也非常緊張，寧德時(shí)代尤為如此。作為全球電池的龍頭，寧德時(shí)代的產(chǎn)線幾乎全部都是方形電池的產(chǎn)線，如若大圓柱被多數(shù)車企采納，對(duì)于寧德時(shí)代來說就需要轉(zhuǎn)變生產(chǎn)策略，成本極高。
有接近寧德時(shí)代的人士告訴36氪，“寧王表面看起來不支持大圓柱，但私下里投的錢比誰都多?！?/p>
他對(duì)36氪分析說，寧德時(shí)代內(nèi)部有一條效率大概在150PPM的大圓柱電池產(chǎn)線，從產(chǎn)線成本和生產(chǎn)的報(bào)廢電芯來計(jì)算，保守估計(jì)投入也已經(jīng)有數(shù)億元。
特斯拉看中了圓柱電池的生產(chǎn)效率。圓柱電芯的卷繞形式理論上與衛(wèi)生紙紙卷的生產(chǎn)方式相同，目前寧德時(shí)代的卷繞速度為每分鐘100米，這在電池行業(yè)已經(jīng)是頂尖水平，而紙卷的卷繞速度可以輕松達(dá)到每分鐘1000米。
電池生產(chǎn)工藝還有擁有巨大的改進(jìn)空間，這是馬斯克固執(zhí)的開發(fā)4680的原因之一，他想改變電池制造的傳統(tǒng)方式，就像改變傳統(tǒng)的汽車制造一樣。
按照馬斯克最初的預(yù)期， 4680 電池可以減少約 20% 的電池的制造成本，35% 的設(shè)備投資成本和 70% 的工廠占地面積。
這一電池方案是特斯拉下一輪大規(guī)模擴(kuò)張的基礎(chǔ)，用更便宜的電池制造更便宜的汽車，以此來賺取更多利潤(rùn)，再投入到研發(fā)和產(chǎn)能擴(kuò)張之中。如此循環(huán)往復(fù)，進(jìn)而達(dá)到馬斯克的宏大愿景：加速電動(dòng)車時(shí)代的到來，加速世界向可持續(xù)能源的轉(zhuǎn)變。
為這一愿景提供制造基礎(chǔ)的便是大圓柱電池，它似乎走到了最終一躍的前夜。
