电池技术获重大突破，特斯拉将彻底改变？

2024-07-22 10:00

本月初，LG新能源表示，计划到2028年实现干法涂布的商业化，该技术旨在取代制造阴阳电极的高能耗湿法工艺。

阴阳电极是电动汽车电池的关键部件，如果此法可行，那电池生产成本可以降低30%，这有望使每辆电动汽车的成本降低数千元。

在如今对于电动汽车的成本、效能、环保等要求不断提升的大背景之下，这些消息在行业引起不小的轰动。

不过特斯拉才是最早将该技术应用于新型电池制造工艺的汽车制造商。马斯克曾说，干法涂布是一项革命性的技术，对于降低锂电池成本来说，干法是关键部分之一。

锂电池大规模量产面临的最大难题就是干法涂布技术的突破。

正因为如此，干法涂布技术被看作是电池行业的游戏颠覆者，除了特斯拉和LG，三星SDI、大众、SK On、宝马、松下，以及国内的宁德时代、亿纬锂能和蜂巢等公司也都在研发干法涂布技术。

但没想到LG最先公布了规模商业时间表。而且LG是特斯拉电池供应商之一，从今年8月开始将批量为特斯拉提供4680大电池，届时将极大缓解特斯拉电池产能问题。

无独有偶，就在LG干法消息出来后，特斯拉同样被爆出计划在年底前量产装车完全采用干法电极的4680电池，而且这将是4680电池的“完全体”版本。

在此次技术定型后，特斯拉接下来会全力提升生产良率和效率，扩大产能，这也将彻底改变特斯拉。

竞争开始加速，究竟谁才会成为第一个真正的颠覆者？

创新干式技术的多重挑战

极片制作是生产电池的核心工序，目前应用广泛的工艺是湿法电极工艺即湿法涂布，就是先将正极或者负极材料溶解到特定溶剂中，加入粘合剂和添加剂之后形成浆料，再通过涂布机压贴到极片表面，然后再烘干，将溶剂回收等。

在传统湿法工艺中，涂布干燥及溶剂回收环节，分别占设备、人工、厂房成本和能源成本的22.76%和53.99%，以及整个电池制造流程工序的50%。

在马斯克看来，既然极片最终还是要烘干，为什么要先把极片弄湿后再烘干，而不是直接用干极片？如果剔除这一部分，是否可以节省这些成本和工序？

2019年，特斯拉花费2.18亿美元收购了加州超级电容器公司Maxwell Technologies，干法电极技术是公司的核心技术。

干湿电极工艺的核心区别在于是否使用溶剂，其中干法电极工艺的主要步骤是将少量粘合剂与正/负极粉末混合，然后让混合的正/负极和粘合剂粉末挤压成薄膜，最后再将这层薄膜压到金属箔集流体上制成成品电极。整个过程始终保持无溶剂干燥状态，也就是剔除了打湿再烘干的步骤。

根据Maxwell的公开资料，干法电极相较于湿法电极技术能节省一部分设备，比如烘干设备和溶剂回收设备等，同时生产效率也会提升。

体现在电池上，则在能量密度、循环寿命、成本缩减以及环保方面都有很大的提升。

马斯克也曾提到，仅靠这个工艺，特斯拉就能将单位产能的设备支出减少三分之一，将电极生产车间的占地面积和能源损耗减少90%。

但实验室的理论与实际的规模商业化还是有非常大的区别的。

首先湿法涂布可以把带有粘结剂的糊状电池正负极材料均匀快速涂抹在金属箔片上，而干法涂布的挑战在于如何将干粉均匀快速涂抹在金属片，这涉及粘合剂多少的问题。粘合剂多了会影响电池的能效，少了又不够将材料很好地粘合。特斯拉还没有在这二者之间取得最优解。

另外还有设备的问题，比如如何将材料中的粘结剂辊压成合适的纤维化状态，这就是对设备的挑战。马斯克曾在投资者说明会上提到，正极粉料非常硬，在通过辊压把正极粉体压制到一个特定的厚度时，就像披萨面团一样被压扁，这导致压辊压力超荷，发生位置偏移甚至变形，有时甚至会损坏极片设备，“这是我们没有预料到的。”

当然，整个工艺的改变所涉及到的远不止材料和辊压的问题，马斯克亲口承认说，为了实现优质的量产电池，需要对Maxwell的干法涂布技术进行大量的工程设计，这一点目前还没有完全实现。这也说明当时特斯拉还没有全面突破干法电极极片制造技术。

助力特斯拉大规模扩张的重要基础

特斯拉的干法涂布，正是为了其成本更低、能量密度更大的4680大圆柱电池。

2020年电池日上，特斯拉首次发布4680大圆柱电池和干法涂布技术。4680指的是直径46毫米，高度80毫米，按照特斯拉的官方说法，这种电池单体容量高，电池排列缝隙小，空间利用率高，也就拥有比传统圆柱电池更高的能量密度，当然也意味着更高的续航。同时也更加安全，并且可以大幅提高充电速度。

当然尺寸的增加并不是无上限的，根据特斯拉的实验数据，这款全新的无极耳电池，相比于特斯拉采用的 2170电池，单体能量密度提高5倍，达到300Wh/kg，充放电效率提升了6倍。实际上车量产后，可提高续航里程16%，而且在组装技术和电池包的全新设计下，4680电池每kWh降低了56%的成本。

除了电池本身，在汽车制造环节也能有明显的成本改善。以Model Y为例，如果使用4680，所需要的电芯数量只有传统电芯数量的1/5，同时每个电芯的焊接点也从4个减少为2个，这样一来在工艺和流程上的成本也有非常明显的节省。

总体而言，作为特斯拉的首个自研自产大电池，4680是综合了整体性能和经济性两方面的最佳结果。所以马斯克才会在电池日上充满信心地表示，新一代的无极耳电池全方位超越了有极耳电池，4680也成为特斯拉未来在电池方面降低成本、提升效能，并助力特斯拉实现大规模扩张的重要基础。

按照马斯克对特斯拉的规划，到2030年，特斯拉每年将生产2000万辆电动汽车。实现这一目标的关键，在于更多能够给特斯拉走量的廉价车型，也就是坊间传闻的2.5万美元的廉价汽车，而其中的重中之重就是4680电池。

但4680的实际量产之路走得并不顺利。按照计划，2022年4680投产，产能达到100GWh，到2023年正式量产，并且能够提供给Cybertruck、Semi、Model Y等车型使用。

2023年6月，特斯拉宣布已经生产出了1000万枚4680电池。今年6月，特斯拉宣布生产了5000万枚4680电池。这意味着，目前特斯拉4680电池的年生产量为4000万枚。

按照每1000万枚4680电池电芯满足约1.2万辆Model Y车型的生产需求来计算，目前的年产量仅能满足5万辆Model Y，这是远远不够的，更不用说全系车型采用4680电池。

目前最直接的影响在Cybertruck电动皮卡，根据特斯拉官方说法，目前Cybertruck已经手握200万订单，但因为4680电池迟迟未能大规模生产，导致Cybertruck的整体交付进度一再延迟。

另外，根据外媒的说法，特斯拉的4680电池在能量密度和充电性能上还不如上一代的2170电池。而且，当初马斯克曾夸口说4680会在传统电池基础上降本 50%，但如果在今年年底前不能降低4680电池的生产成本，那么特斯拉可能会停止自产，并转向外部供应商。

在2024年特斯拉年度股东大会上，有投资人问到特斯拉电池量产的进展和如何降低成本时，马斯克表示4680 电池的产能爬坡进展顺利，即将搭载于量产的 Cybertruck，并且电池的成本也正在降低。

关于成本的问题，马斯克说，过去几年电芯和锂和其他原材料的价格上涨，这导致了电池价格曾经大幅上涨，但现在大家的价格都下降。从4680这里，他看到了一条能够实现成本均等的道路。

他解释说，目前特斯拉的4680的确比供应商的要贵，但是，如果从更长周期来看，现在的价格其实比一年前的供应商价格要便宜很多，所以他并不怀疑到年底，特斯拉的电池价格可以低于供应商，以及在未来还能实现更低的成本。

言为之意，马斯克当然不会放弃4680，更何况，现在整个电池行业也都已经加入进来。

目标是更低成本和更高效能

从2020年特斯拉公布4680开始，行业中就有许多电池公司陆续跟进这一路线。

大众汽车从2020年开始研究干法涂布技术，其目标是将能源消耗降低约30%，电芯成本最多降低约50%，使每辆电动汽车的成本降低数百欧元，并将生产电池所需的占地面积减少15%，从而提升自己的竞争优势。

2022年7月，大众汽车旗下的PowerCo电池公司斥资8000万美元，在德国兴建第一个电池工厂，用于研究、开发和测试干法涂布技术，生产电动汽车所用的电池。按照大众的计划表，其4680电池到2027年应该可以投入生产。

在国内，宁德时、比亚迪、蜂巢等头部电池供应商，虽然并不完全押注 4680，但也都将4680作为战略储备之一，对干法电极进行了积极的部署，其中宁德时代4680已经拿到了宝马的订单。不过从干法新工艺规模商业化时间上来看，特斯拉和LG显然走在了国内供应商的前列。

除了大圆柱，干法因其工艺优势和相似的设计理念，同样被认为是固态电池的理想工艺，这也是大部分电池供应商所布局的主要方向之一，承载着下一代电池战略比拼的重任。

今年4月，作为全球电池龙头的宁德时代首次公布了全固态电池的研发进展，并计划在2027年实现小批量量产。

除了宁德时代，比亚迪、蔚来、广汽、上汽、国轩高科、欣旺达等等，其小批量量产时间也基本都确定在2027年前后。这同样也是丰田、日产、大众等企业固态电池小批量量产时间。

这也意味着，中国和国外电池供应商，在固态电池的推行节奏上相差并不多，并没有特别明显的时间差优势。

尽管目前宁德时代和比亚迪是全球最有性价比的动力电池供应商，在全球市场也有足够的份额和话语权，但这并不能阻止主机厂和其他电池供应商，通过投资其他路线，寻求更低的成本和更高的效率。

眼下干法涂布以及其他关键技术的突破，叠加日益严峻的地缘政治纷争等其他因素，让国内电池供应商的紧迫感更重。这一路线上究竟谁会走得更快更具竞争力，以及是否还有新的玩家入场，或将在很大程度上影响整个汽车行业的走向。