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粗又长,更持久,特斯拉4680真这么神?

2022年03月02日 17:29:01
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来源:汽场汽车APP

了解马斯克履历的人应该都知道,此人的想法非常天马行空,导致之前一直被很多人觉得是“疯子”,正因为不拘泥于传统的思维,才会筑造出后来的诸多成功。

2020年特斯拉电池日,马斯克发布了关于未来特斯拉全新电芯——4680,而在此之后,便陷入了沉寂当中,直到2022年,2月19日,特斯拉官方在推特发文庆祝,第100万个特斯拉4680电芯成功落地,这就证明,马斯克两年吹过的牛,在2022年,终于又一次要成为现实。

4680电芯从外部结构上,相较于上一代2170,感官上非常容易判断,变“粗”了、变“长”了,但对于未来搭载4680的车型来说,却有诸多变化。

“粗又长”带来的变化

4680电芯的诞生意义,就是为了将特斯拉的电池进行一次革新,而这次革新的意义主要有两方面:第一个方面是4680电池从理论上来讲,可以提升车辆续航、性能以及安全性,第二个方面就是在补强的同时可以降低成本,可谓一石二鸟。

先来聊聊4680电芯为何能够带来如此多的优势。

4680电池因何命名,46mm为电池的直径,80mm为电池的高度,而这组数字便是电芯的命名方式,由于电芯直径和高度的增加,电芯的厚度也在增加的同时而增加,当电芯本体增大,电芯金属外壳在动力电池组中大大减少占比,而在电芯体积增大的同时,与特斯拉过往的523和622电芯相比,4680电芯在正极材料上,镍元素的用量,有更显著的提升,增加镍的用量,可以提升电芯携带的锂离子数量,从而提升电芯的单体能量。

单体电芯体积增加,在隔膜用料上,4680电芯可以减少空卷的圈数,在隔膜用料上,相比上一代2170电芯有一定的节省,故此,单体电芯容量有显著的提升;在单体电芯能量上涨的同时,由于单体电芯体积增大,在动力电池组在进行PACK时,可以有效的降低空间浪费,故此,相较于上一代2170电芯,在小幅度增加能量密度的同时,可以显著增加动力电池包的整组密度,这也是马斯克宣称,4680电芯相较于上一代2170可以提升16%续航里程。

在之前的内容中,特斯拉内部研究,由于特斯拉model 3的内部空间有限,不太适合目前的4680电芯的装载,所以,首批4680电芯,要给到特斯拉model Y来使用;如果按照16%续航里程的增加来计算,以特斯拉model Y长续航四驱版本为例,原本640km的续航里程,在用上4680电芯以后,续航可以增加至742.4,对于消费者而言,无疑是非常大的体验上的提升。

这个时候肯定就会有人问,特斯拉增大电芯,会不会忽视掉了安全?毕竟电动车,安全还是非常重要的。

电池安全日常主要受两方面影响,第一方面就是电池的保护措施,另一方面就是控制好电池发热问题,保护措施就是电芯以外的问题,那4680在电芯体积增大以后,如何做到控制发热呢?

在控制发热问题上,4680电芯采用全新的设计理念,开创了“无极耳”设计,相信很多人听到“极耳”这个词会有些陌生;把圆柱电池比喻成一个卷纸,为了电池的充放电,在卷纸的上下两头分别留出一段“纸”,留出的这段“纸”,作用于圆柱电池充放电需求。

而4680电芯的无极耳设计取消了电芯的“极耳”设计,虽然定义为“无极耳”,但设计原理更可以说是“全极耳”,在电芯上,留出很多个“纸”来满足电池的充放电需求,当“无极耳”开启全输出模式后,由于极耳从“1”变“N”,可以理解为导线变粗,内阻降低,在内阻降低后,可以有效减少电芯发热问题,也保证了4680的安全问题。

由于电芯的体积增大,能量增大,加上“无极耳”的设计可以让电芯“火力全开”,故此,电池的功率也能直接带来提升,功率提升代表着电池的放电功率和充电功率都得到增加;在放电功率增加下,可以支持更大的电机工作需求,有效的提升电动车性能,未来特斯拉的高性能车型上,搭配4680电芯和更大功率的电机,很有可能将百公里加速突破2秒;而充电功率增加,在不考虑电压的情况下,电流增加也可以增加电池带来的充电速度变化,功率=电流×电压,提升电流和电压任意一方都可以直接提升整体功率。

功率增大,固然需要更严苛的内部功率模块,之前笔者做过有关于功率模块的内容,主要由硅基IGBT演变成碳化硅SiC,特斯拉也是很早就将功率模块进行碳化硅升级,给4680提前打好了根基,关于功率模块,可以点击后文链接了解详情。(汽场文章链接)

以上就是关于4680电芯带来的升级,前文提过,4680电芯不仅带来体验升级,也为特斯拉带来成本的降低。

前文说过,4680增加镍元素的用量,增加镍就可以适当的减少钴的用量,在锂离子携带上,镍的确拥有比钴更好的锂离子携带属性,可以增加能量密度(合理的配比才能保证安全性);钴元素目前在全球资源储备量较少,并且主要分布在非洲地区,成本也比较贵,但是镍元素相较于钴就要丰富的多,并且也有很多国家由出口等业务,所以4680在正极材料上,就可以获得一定的成本降低。

而在前文也说过,由于体积增大,隔膜等很多电芯材料上,包括电芯的金属外壳上,都大大降低用量,从而减少一定的成本;原本一台车需要4400多个2170圆柱电芯来组成整个动力电池包,升级称4680以后,仅仅需要950个电芯即可,这样也能够在保证产量不变的同时,满足更多车型装在,从而增大产量或者减少生产力的花销。

从以上的内容介绍来看,是不是觉得4680电芯革命性的突破可以引领行业,但事情固然没有这么简单。

4680电芯的隐忧

2022年2月19日,特斯拉发推称第100万个4680电芯下线,听起来是一个巨大的数目,但如果按照前文说的每台特斯拉model Y需要950个电芯,100万个电芯仅够1052台特斯拉model Y来装载,要知道2021年,特斯拉全年销量为93.6万辆,这100万个4680电芯连“毛毛雨”都不算。

4680电芯的第一个隐忧——产量和良品率

4680电芯从原理结构和数据上来分析,的确有很多优势,但在工艺难度上存在很多问题,目前从特斯拉仅有100万个电芯来看,良品率还是比较低的;弗里蒙特工厂最初尝试制作的4680电芯良品率仅有20%,甚至还不到,直到2021年,松下和LG新能源才将4680电芯的良品率提升到了80%左右,22年才进一步提高制造良品率,但根据目前的推进和速度来看,2022年,根本无法大面积推进装载4680电池。

根据马斯克此前的声明,笔者预测,2023年下半年,4680电池将会大面积搭载,届时,特斯拉汽车产品将会迎来大幅度的销量增长。

4680电芯的第二个隐患——时代的速度。

从第一章节的特点介绍可知,4680电芯的确存在很多优点,但也仅限于三元锂电池的升级,无法和划时代产品做抗衡。

此前,笔者提过,东风和赣锋锂业已经生产出固态电池,虽然良品率和量产无法达到需求,但证明固态电池已经开始走向电动车行业,加上此前蔚来PPT上的半固态电池的概念,在未来,固态电池将是引领电动车行业,而特斯拉的4680电芯在2024年才能达到巅峰,但2024年的时间节点,没有人会保证不进步,很有可能,在2022年看起来厉害的4680电芯,在2024年已经不足为奇。

写在最后

特斯拉对未来的汽车销量和产量有非常大的目标,4680电芯在未来承担的任务也非常重要,所以,4680电芯目前需要快速提升良品率和产量,保证在不久的将来可以替换掉现有的2170电芯,从目前来看,还需要一定的等待周期。

从另一个角度来看,笔者更希望快速看到固态电池可以量产的时刻,届时电动车才真正的会迎来属于自己的“春天”,固态电池相比于目前的液态锂离子电池带来的提升才是“革命”般的,而特斯拉能否会因为4680电芯带来质的变化,值得期待。

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