4680 電池：新造車和電池廠的「暗戰」_風聞

4680電池+CTC的「新物種」，攪動動力電池江湖。

作者 | 周永亮

編輯| 靖宇

從 2020 開始的原材料價格上漲，終於在 2022 年傳導到汽車終端，市場上一片漲價聲。在這些喧囂和無奈背後，新技術正在加速滲透，未來可能會改變新能源汽車格局。

3 月 17 日，特斯拉官網顯示，特斯拉 Model Y 後輪驅動版上調 1.5 萬元，價格從 30.18 萬元調整至 31.69 萬元。這是特斯拉 8 天內第三次上調售價。3 月 10 日，特斯拉中國宣佈，高配 Model 3 高性能版，以及 Model Y 長續航版/高性能版，價格都上漲 1 萬元；3 月 15 日，Model 3 和 Model Y 部分車型上調價格，幅度在 1.4 萬元到 2 萬元。目前，所有調價車型的提車等待週期都在 16-20 周左右。

其實，不僅僅是特斯拉，3 月以來，已有近 20 家新能源車企宣佈提價，提價幅度在幾千元到 1 萬多元不等。這背後的原因，主要是因為近期鎳、鋰等原材料的價格上漲，比如碳酸鋰的價格一年間，從 5 萬元/噸，上漲到現在的 50 萬元/每噸。

要進一步降低成本，一般有兩種方式：一種是擴大原材料產能，相關企業已經開始大力擴產。但要產能真正落地還需要時間，無法解決短期問題；另一種方式就是在結構、材料等環節上做文章，通過設計、製作工藝來實現。

進入 2022 年以來，汽車行業備受關注的技術中，就有 4680 電池和 CTC（電芯直接與底盤集成）。最新信息是，特斯拉 2 月中旬宣佈，其已在位於加利福尼亞州的試點工廠生產了 100 萬塊 4680 電池。

發改委價格監測中心汽車行業首席分析師程曉東告訴極客公園，當前原材料價格暴漲，已經超出了很多企業的承受範圍，所以都在考慮降本增效。4680 電池契合了提升里程、降低成本的訴求，很多玩家都在佈局。不過，目前來看，4680 電池還處於試生產階段，尚未真正進入大規模量產階段。如何提高良品率，跨過製造工藝難關，將是未來的關鍵。

01

什麼是 4680 電池？

4680 電池，最早是由特斯拉在 2020 年 9 月的「電池日」上發佈。所謂「4680 電池」，簡單説，就是電芯直徑是 46mm，高度為 80mm 的圓柱形電池。這是特斯拉研發的第三代電池，此前採用的是 1865 電池和 2170 電池。相比前兩代電池，4680 電池是更大個的圓柱三元電池。

松下為特斯拉打造的 4680 電池試製品

從原理上看，4680 圓柱形電池的創新更多的是結構層面，不涉及材料體系。但從應用層面上，高鎳高硅才能發揮出 4680 大圓柱的優勢。相比方形電池，4680 圓柱形電池熱性能更優，內應力分佈均勻。目前，在正負極材料方面，國內外 4680 沒有太大的差異，主要以「高鎳+石墨」、「高鎳+硅碳/硅氧」為主，這也是當前行業內其他形狀電芯的策略。

這也契合當下動力電池的發展趨勢，三元電池在材料端，開始走向高鎳低鈷/無鈷，這樣能降低成本和減少原材料短缺帶來的限制；在電池結構方面，從模組開始走向無模組方案，可以更充分地利用空間。

其實，這裏隱藏了一個問題，特斯拉為什麼選擇 4680 電池，而不是其他規格呢？光大證券在研報中表示，4680 實現了成本降低與體積降低（續航里程）的平衡。一方面，提高圓柱電池的尺寸，可以降低結構件等的成本，但降本的幅度會趨於平緩。2020 年 9 月，馬斯克曾介紹稱，4680 電池的能量密度提升了 5 倍，續航里程提升了 16%，輸出功率提升了 6 倍，並且成本還降低了 14%。

另一方面，如果圓柱電池尺寸過大，空間的利用率就會降低，這就會降低電芯體積能量密度，進而會影響續航；同時，大電芯的散熱問題，一直是困擾電池行業發展的重要難點。因此，在降本和續航的平衡上，4680 被認為是一個「最優解」。

這裏特別需要注意的是，最優解存在一個範圍，4680 泛指大圓柱電池的尺寸，也包括 4695 等其他型號。

特斯拉 4680 電池示意圖

為了把 4680 電池真正落地，特斯拉採用了很多新技術，比如無極耳技術和電極幹法工藝。這也讓它在製作工藝上，卻遇到了極大的挑戰，其中電芯的一致性和量產問題，尤為突出。據瞭解，4680 電芯相比 2170 直徑增大兩倍以上，容積是 2170 電芯的 5 倍，這帶來的結果是，電芯的生產過程中可能出現電芯容量，以及電芯內阻的不一致性問題。

與此同時，這也直接影響了電池良品率。芝加哥大學教授孟穎（Shirley Meng）曾表示，在乾電極製造工藝的大規模使用方面，馬斯克可能會經歷一次「死亡谷」。除此之外，在開始量產之前，需要進行一個相當漫長的設備微調過程，「電池生產很困難，即使對有經驗的供應商來説也是如此。」

現實也確實如此。根據 IT 之家的報道，在早些時候，4680 電芯的良品率僅為 20%，在經過不斷的技術改良之後，良品率已提高至 70%-80%。據瞭解，4680 電芯的量產具有一定的難度，90% 的良品率是實現量產的要求。

近期，相關廠商也在持續微調，提高電池良品率。日前，一份某電芯企業專家交流的紀要顯示，截止到 2021 年 11 月，松下電池和 LG 新能源的 4680 電芯的良品率在 80-90% 左右，寧德時代的良品率在 80% 左右，其他維持在 70% 左右甚至更低。

特斯拉制造 100 萬個 4680 電芯的消息，就是在這樣的背景下產生。據業內人士測算，100 萬個電芯僅僅能裝配 1041 輛 Model Y，遠遠無法滿足當前的市場需求。但這則消息，預示着 4680 電池即將進入真正量產階段。

02

打開「新副本」

在產能規劃上，自特斯拉 2020 年發佈 4680 電池後，各大電池廠跟進佈局。目前，國外方面，松下電池表示，預計 2022 年 4 月，將開始 4680 電池的試生產，但大規模量產的時間和地點尚未確定；韓國的 LG 新能源和三星 SDI，對 4680 電池也非常積極。根據最新披露的信息，LG 新能源和三星 SDI 都已經完成 4680 電池的樣品開發，正在優化材料、產線等製造的良品率問題。

4680 電池

國內方面，寧德時代、億緯鋰能、比克電池、蜂巢能源等多家電池企業也在積極佈局。2022 年 2 月，據財聯社援引 Business Korea 稱，寧德時代、億緯鋰能、比克電池今年將投入量產 4680 電池。

其中，億緯鋰能和比克電池正積極擴建廠房。據瞭解，2021 年 11 月，億緯鋰能發佈公告稱，將在荊門投資建設 20GWh 大圓柱電池產能項目。據業內人士分析，億緯鋰能 20GWh 大圓柱電池項目，主要為 4680 和 4695 大圓柱電池生產線，預計其 4680 大圓柱部分產線將分步建成投產。

隨着 4680 電池接近量產，它可能會打開動力電池行業的「新副本」，衝擊目前的競爭格局。

天風證券研報表示，寧德時代將幾個方殼電芯的殼體優化掉，變成卷芯並聯在一起降低成本；但和 4680 級聯比起來，大方殼電芯由於阻抗很難下降，在成本相似條件下，快充會弱於 4680 電芯，4680 電芯可以滿足對續航里程和充電體驗均有要求的終端消費者。

根據韓國市場研究機構 SNE 的數據顯示，2021 年，裝機量最高的前十家企業中，共有 6 家中企、3 家韓企，松下成為僅存的日企。其中，寧德時代全球裝機量達到 96.7GWh，市場佔有率為 32.6%，位列全球第一。LG 新能源（20.3%）和松下（12.2%）緊隨其後，它們被認為是第一梯隊。

值得一提的是，前三名在 2020 年的市場份額還較為接近，分別為 24.6%、23.4%、18.4%，但在 2021 年度發展速度不同，差距有所拉大。比亞迪、SK On、三星 SDI、中創新航、國軒高科、遠景動力、蜂巢能源分列四至十位。

接下來，動力電池的排位，可能會有進一步的變化和調整。

03

未來「黑科技」

在 2020 年 9 月的電池日上，特斯拉除了發佈了 4680 電芯外，還發布了全新的整包封裝技術 CTC（Cell to Chassis），也就是取消電池包（Pack）設計，直接將電芯或模組安裝在車身上。馬斯克曾表示，採用了 CTC 技術後，配合一體化壓鑄技術，可以節省 370 個零部件，為車身減重 10%，將每千瓦時的電池成本降低 7%。

特斯拉未來車體架構圖

這也就意味着，電池既是能源設備，也是結構本身。CTC 把電池組作為車身結構的一部分，連接前後兩個車身大型鑄件，取消原有座艙底板，取代以電池上蓋，座椅直接安裝在電池上蓋上。與此同時，CTC 技術也並非僅適用 4680 電芯，同樣適用其 2170 電芯，預計未來還會兼容其它尺寸電芯。

相比傳統結構，CTC 無疑是物理層面的巨大創新。傳統做法，是將若乾電池單體（cell）組成模組（Batteries），若干模組構成電池包（Pack）。現今主流的 CTP 技術，是從單體到電池包（cell to pack），跳過模組，直接組成電池包，增加空間利用率，進而提升能量密度。國內主要有兩種路線：一種是以比亞迪刀片電池、蜂巢能源 L600 6 條電池為代表的完全無模組方案；另外一種是以寧德時代為代表的以大模組代替小模組的方案。

從電池模組到 CTP，再到 CTC，背後反映的是電池系統集成化的趨勢。不過，CTC 並非 CTP 的簡單延伸。CTP 並沒有突破 PACK 本身，電池企業和專業 PACK 企業可以獨立完成開發。但 CTC 的出現，將突破 PACK 的限制，直接涉及到汽車底盤，是電池企業、專業 PACK 企業難以獨立開發的。

這帶來的結果，可能是商業模式和分工協作的重新調整，主導權逐漸向車企轉移。業內人士表示，CTP 是電芯廠向整車廠奪回 pack 的產值，CTC 則是整車廠向電芯廠搶話語權的手段。

國海證券研報表示，CTC 將改變新能源汽車產業鏈分工，未來的產業趨勢將圍繞三個方面展開：一個是具備技術研發優勢的整車企業，將掌控更多 CTC 主導權；另一個是主打自動駕駛等以輕資產運營的整車廠商，將交由第三方主導 CTC 開發；還有就是，在第三方主導 CTC 開發場景下，底盤廠商將與電池廠商展開競爭合作。

雖然 CTC 高度集成是未來的方向，但它的具體落地有自己的節奏。從目前方案來看，4680+CTC 將主要應用於高端車；寧德時代方形 CTP、比亞迪刀片 CTP，以及蜂巢能源「6 條」電池 LCTP 三類，將主要應用於中端車型。這主要是因為，圓柱比方形更適配高鎳三元。相比之下，鐵鋰化學性質穩定，對散熱和熱失控要求較三元低，因此方形 CTP 非常契合鐵鋰體系的電池。

同時，4680+CTC 方案，將有利於電池廠大規模高效率生產標準化產品，主機廠主導應用設計，在後端話語權增加。未來，尚未與電池頭部企業深度捆綁的車企，可能會主動接受 4680 大圓柱電池。

隨着新能源汽車的不斷滲透和演進，未來肯定會出現更多的「黑科技」。但新技術的落地，並非一蹴而就，需要一定的時機和節奏。誰能把握好它，就能在未來搶佔先機。

*圖片來源：特斯拉

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極客一問

電動汽車真的電池越大就越好嗎？