編輯 | 車東西 曉寒
特斯拉引以為傲的4680電池，量產(chǎn)遇到大問題了！連諾貝爾獎得主也確認(rèn)了。
外媒路透社近日在采訪了12位電池專家后獲悉，因為電芯生產(chǎn)中的“干式涂布”工藝遲遲無法投入大規(guī)模量產(chǎn)，特斯拉的4680電芯自今年投產(chǎn)后一直都處于小批量生產(chǎn)階段，進而只有少量特斯拉的車型能夠搭載4680電池進行交付。
并且因為產(chǎn)量太小，4680電池原本應(yīng)該發(fā)揮的大幅降低電池成本的作用也被打了個對折。
憑借無極耳、硅基負(fù)極等多個新設(shè)計，4680電池在2020年發(fā)布時用一系列強勁的性能指標(biāo)吸引了全球的密切關(guān)注。特斯拉方面聲稱，在配合CTC技術(shù)后，能夠讓電動汽車的續(xù)航提升54%，且電池成本還能大幅下降。
猛一聽這簡直就是電動車界的爆炸性技術(shù)突破，是明日之星。
但等了近2年之后，搭載4680電池的Model Y在美國已經(jīng)交付用戶，大家發(fā)現(xiàn)這些車型的續(xù)航不僅沒有提升反而還下降了，甚至現(xiàn)在連量產(chǎn)問題都還沒解決……
那么4680電池在生產(chǎn)中到底遇到了哪些問題？它到底采用了哪些技術(shù)創(chuàng)新，又能給特斯拉帶來哪些提升呢？路透社通過與12位了解特斯拉4680電池技術(shù)的專家進行溝通后，回答了這些關(guān)鍵問題。
01.干式涂布技術(shù)難突破，4680電池量產(chǎn)受阻
2020年9月，特斯拉在電池日活動上正式發(fā)布了引起全球關(guān)注的4680電池（電芯），并在今年于正式投產(chǎn)，安裝在特斯拉美國得州工廠生產(chǎn)的Model Y車型上。
▲特斯拉展示的4680電芯
該電池實現(xiàn)量產(chǎn)的一個關(guān)鍵是干式涂布工藝（dry-coating）。但專家們卻透露特斯拉在推進這一工藝量產(chǎn)中卻遇到了不少挑戰(zhàn)。
鋰離子電池的共同發(fā)明人、2019年諾貝爾獎得主之一Stan Whittingham向外媒表示，“我認(rèn)為他（馬斯克）終將解決這個問題，但不會像他計劃得那樣快，因為該工藝仍需要一些時間來測試?！?/p>
在使用傳統(tǒng)濕法工藝涂抹電極時，電池生產(chǎn)商將材料與有毒的黏合劑溶劑混合。一旦完成涂層，電極就會在大型烘箱中干燥，在此過程中蒸發(fā)的有毒溶劑會被回收、處理和循環(huán)利用，而這些都增加了成本。
▲干電極生產(chǎn)過程
干式涂布工藝則不同了，在這項技術(shù)中，電極使用不同的黏合劑進行涂抹，幾乎不使用液體，因此它們不需要被干燥。這意味著它更便宜、更快，對環(huán)境的破壞也更小。
特斯拉方面曾表示，該工藝幫助特斯拉將成本減少了三分之一，并將工廠的占地面積和能源消耗削減到濕法工藝的十分之一。
理論上看，該工藝確實很香，但現(xiàn)實卻相當(dāng)骨感。
2019年，特斯拉通過出售股票，以2.35億美元收購了Maxwell公司。后者為其超級電容器研發(fā)出了干電極技術(shù)和干式涂布工藝。
據(jù)了解，Maxwell的干電極技術(shù)和干式涂布工藝不僅可以讓電動汽車的續(xù)航能力得到提升，而且該項技術(shù)還可以大幅簡化制造工藝，制造成本可以減少10至20個百分點，還能讓電池能量密度至少提升20至30個百分點。
▲Maxwell干電極技術(shù)介紹
但電動汽車使用的動力電池因為更大和更薄，所以難以用干式涂布工藝在保證質(zhì)量的情況下進行大規(guī)模量產(chǎn)。
“他們可以進行小批量生產(chǎn)，但一旦加大產(chǎn)量就會遇到非常多的問題，太多了?！币晃唤咏厮估膶＜疫@樣向路透社評論道。
專家表示，因為產(chǎn)量太小了，所以該工藝原本應(yīng)該帶來的節(jié)約成本的效果根本無法實現(xiàn)。
電池專家們分析稱，目前搭載4680電池的Model Y的成本也只能下降2000~3000美元（約合人民幣13956元至20934元）。這個數(shù)字只相當(dāng)于特斯拉在4680電池發(fā)布會上公布的一半。
并且節(jié)省的這兩千多美元，主要還是因為電池更大了才能實現(xiàn)的。
▲4680電池
特斯拉原來需要使用4400個2170電芯為Model Y供電，即工人需要焊接17600個點（每個電池有4個焊點），才能組裝好一個電池組。
如果是4680電芯僅需830個，每個電芯只有兩個焊接點，焊點也減少到1660個，成本顯著降低了。而且更簡單的設(shè)計還意味著連接器和其他部件更少，這使得特斯拉能夠進一步節(jié)省勞動力成本和機器時間。
而如果干式涂布工藝能夠規(guī)模量產(chǎn)，則能讓Model Y所搭載的4680電池組的成本減少5000~5500美元（約合人民幣38379元）成本的一半）——比2170電池要減少一半。
而早在今年2月份，外媒autoevolution就援引一位博主的消息報道稱，特斯拉加州工廠的4680電芯良品率仍然很低，而這可能會影響電池的質(zhì)量。
當(dāng)時博主放出的文件圖片顯示，當(dāng)天有14臺機器在運行，4680電芯綜合良品率達92%。其中一臺機器因為需要用來培訓(xùn)得州工廠的員工，所以所產(chǎn)電芯的不良率達到了82%。
▲博主放出的文件圖片
生產(chǎn)數(shù)據(jù)還顯示，當(dāng)天工廠只生產(chǎn)了大約6250個電芯。而一輛Model Y大約需要830個電芯，這就意味著當(dāng)時工廠的產(chǎn)能大約只能滿足7輛Model Y的生產(chǎn)。
而在8月份的特斯拉股東會上，馬斯克仍宣布將在2022年底將大規(guī)模量產(chǎn)4680電池。但從專家的分析來看，這一目標(biāo)顯然難以實現(xiàn)。
02.4680版Model Y續(xù)航無驚喜，主要是降本
今年4月，據(jù)外媒Drive Tesla Canada報道，特斯拉向其員工發(fā)送了一封郵件，郵件內(nèi)容顯示美國得州生產(chǎn)的標(biāo)準(zhǔn)續(xù)航版Model Y的起售價格為5.999萬美元（約合38.1萬元人民幣）。
需要注意的是，郵件里提到的得州工廠生產(chǎn)的Model Y正是特斯拉首款搭載了4680電池的車型。曝光的信息顯示，新車為雙電機版本，EPA續(xù)航為279英里（約為449公里），0～60英里（約為96.5公里）/時的加速時間為5.0秒，最高速度可以達到217km/h。
名為Spoken Reviews的YouTube博主還買了一輛4680版Model Y并對其進行了評測。
經(jīng)過測試，博主推測，在平均車速為75英里/小時（約121公里/小時）的條件下，得州產(chǎn)的Model Y全驅(qū)版實測滿電續(xù)航可以達到230英里（約370公里）。
▲博主曬出的說明書
而通過對中美歐特斯拉入門版Model Y的關(guān)鍵參數(shù)對比可以發(fā)現(xiàn)，4680版Model Y的續(xù)航和加速并沒有明顯的亮點，與傳統(tǒng)2170電池并無很大差異。
▲中美歐特斯拉入門版Model Y參數(shù)對比（中間的是4680版Model Y）
特斯拉官方解釋說，用4680電池以后Model Y全驅(qū)版性能下降是為了讓更多的人開上特斯拉Model Y。不過網(wǎng)友并不買賬，認(rèn)為特斯拉是為了不影響其他版本Model Y的銷售，同時還想降低成本，既要面子，又要里子。
03.2020年發(fā)布4680電池，看起來很不錯
有意思的是，在2020年9月的特斯拉電池日活動上，馬斯克對4680電池信心滿滿，計劃在今年實現(xiàn)量產(chǎn)。
當(dāng)時，馬斯克稱4680電芯的單體能量提升了5倍，輸出功率提升了6倍。再配合著CTC（電芯直接裝入底盤）技術(shù)，新電芯整體能讓電動車的續(xù)航提升54%。
按照這個數(shù)據(jù)，也就是說能讓Model 3長續(xù)航版的NEDC續(xù)航從668公里升至1000公里以上。
為了達到這個目標(biāo)，特斯拉從電芯的結(jié)構(gòu)和材料上，都進行了革新——采用了更大的外形（直徑46mm，高度80mm）、內(nèi)部取消了極耳、用硅基材料替代了碳基負(fù)極，并進一步降低了正極鈷元素的含量。
特斯拉要做的，并不僅僅是提升電池的性能。上述改進結(jié)構(gòu)、優(yōu)化材料和裝配工藝的做法，同時還降低了電池的成本。
再加上優(yōu)化礦物開采和提煉流程、用自動化設(shè)備改進電芯制造工藝、開發(fā)電池回收技術(shù)等，特斯拉還將電池的度電成本（即每度電的價格）降低了56%。
▲特斯拉自動化電芯產(chǎn)線
當(dāng)然，當(dāng)時這個新電芯看似很美好，但其實里面部分技術(shù)還處于研究階段，比如硅基負(fù)極目前還是一個行業(yè)難題。所以特斯拉這次公布的技術(shù)，離量產(chǎn)還有距離。
而在這次電池日上，馬斯克也著重講到了干電極技術(shù)的生產(chǎn)。
生產(chǎn)時需先對電極進行濕法處理，然后再將其引入到干電極技術(shù)，具體流程是將粉末狀的材料壓成膜，然后進行干電極涂層，這一加工過程的工藝也比較復(fù)雜，當(dāng)時特斯拉還未實現(xiàn)量產(chǎn)。但好處是采用這一技術(shù)后，電池生產(chǎn)操作難度也降低了10倍。
▲干電極生產(chǎn)過程
當(dāng)時馬斯克也聊了4680電芯的裝配，他表示，就像飛機的結(jié)構(gòu)燃料箱位于機翼中一樣，特斯拉的電芯也將直接裝入底盤，成為車輛底盤的一部分（即CTC技術(shù)）。
這個技術(shù)首先是要用先進的一體沖壓技術(shù)來做出車身，然后再將電芯裝入車輛中部。特斯拉表示，這種裝配工藝在保持容量不變的情況下，能夠省掉370個車身零部件，減輕10%的車身重量，同時還電池更接近車身中心，能夠更好平衡車身，提升穩(wěn)定性。
▲特斯拉4680電芯可直接裝入底盤
馬斯克還在電池日前在推特上表示，預(yù)計要到2022年才能量產(chǎn)新一代電芯，并且這個電芯將主要用于Semi卡車、火星皮卡和新一代的Roadster跑車。當(dāng)時，他并未透露新電芯將用于Model Y，或許他當(dāng)時就對新電芯的產(chǎn)能比較擔(dān)心。
▲馬斯克當(dāng)時表示2022年或更晚才能量產(chǎn)
04.電池企業(yè)都在跟進，國內(nèi)玩家領(lǐng)先一步
據(jù)了解，松下、LG和三星等電池供應(yīng)商的4680電池產(chǎn)線正在逐步鋪開，國內(nèi)的電池廠商也在該賽道提前布局，唯恐落于人后。
今年2月，據(jù)外媒CleanTechnica報道，松下正在翻新工廠設(shè)備，將要試生產(chǎn)4680電池。松下當(dāng)時還表示4680電池若能交付，將首向特斯拉供應(yīng)。不過，或許要到明年，松下才能量產(chǎn)4680電池，目前相關(guān)產(chǎn)線正在建設(shè)中。
▲4680電池與以往電池對比
今年6月，LG也宣布將投資5800億韓元（約合38億元人民幣）建設(shè)4680電池生產(chǎn)線，但是投產(chǎn)的時間也在明年。
當(dāng)外媒的目光只聚集在海外電池巨頭身上時，他們往往會忽略一個事實，那就是中國早有企業(yè)拿出4680電池實物了。
而國內(nèi)最早拿出4680電池中國企業(yè)恐怕要數(shù)比克電池了。2021年3月19日，中國國際電池技術(shù)展覽會（CIBF 2021）在深圳開幕，比克電池攜帶多種規(guī)格的電池實物參展，其中就包括4680電池。
比克電池副總裁李丹在接受采訪時透露，4系列（直徑46mm電芯產(chǎn)品）目前主要是定制產(chǎn)品，客戶可以與比克電池進行聯(lián)合開發(fā)、制定電池的具體參數(shù)，而非定制化的量產(chǎn)版本大約會在2022年年底面世。
在2021上海車展上，億緯鋰能也將自家的4680電池帶上了展臺。
億緯鋰能基礎(chǔ)材料與技術(shù)研究室主任冀亞娟在接受采訪時表示，億緯鋰能布局的是46800和46950兩個大圓柱電池。公司在2023年后會逐步將大圓柱電池進行市場推廣，預(yù)計2023時年產(chǎn)能達到20GWh，2024年達到40GWh。
▲億緯鋰能4680電池展品
同樣帶著4680電池展品登陸上海車展的還有力神電池。不過車東西沒能找到更多關(guān)于力神4680電池的信息，只是找到了其他媒體在現(xiàn)場拍到的照片。
▲億緯鋰能4680電池（左）和力神4680電池（右圖左一）（圖片來源見水?。?/p>
不管怎么說，目前已經(jīng)有三家中國企業(yè)帶著4680電池成品參加了大型展會。而且，未來可能還會有更多企業(yè)加入進來。
05.結(jié)語：新技術(shù)發(fā)布容易量產(chǎn)難
回想2020年的特斯拉電池日，可謂是萬眾矚目。馬斯克拿出了4680電芯，憑借其他玩家都沒有的新技術(shù)，獲得了各種掌聲。并且PPT上醒目的數(shù)字無一不在提醒觀眾這個新電池非常厲害，具備革命性的意義。
但一眨眼2年過去了，搭載4680電池的車型在性能上并沒有給人驚喜，大家似乎逐漸忘了這個電池的存在，而特斯拉則在默默地解決量產(chǎn)難題，難免讓人唏噓。
看到眼下這種態(tài)勢，其實很明顯能想到一個結(jié)論，那就是任何新技術(shù)都是發(fā)布容易量產(chǎn)難。