鉅大LARGE | 點擊量:957次 | 2022年09月24日
18650電池并不完美未來是21700的天下
七月底,特斯拉公布旗下第四款車型Model3,新車根據(jù)續(xù)航里程有354公里和499公里兩款,以后可能會有高性能版本。其中售價最低3.5萬美元,使Model3成為特斯拉至今為止價格最親民的車型。
值得注意的是,能讓特斯拉推出如此平民級電動汽車的關(guān)鍵,在于其使用了加粗加長的升級版電池——21700電池。
與18650電池相同,特斯拉21700電池也是圓柱形鋰離子電池中的一種。其中“21”指電池直徑為21mm,“70”指高度為70mm,“0”代表圓柱體型的電池。
特斯拉取得初步領(lǐng)先
特斯拉推出21700電池并非是想引領(lǐng)技術(shù)方向,實際是迫于成本壓力。
充電溫度:0~45℃
-放電溫度:-40~+55℃
-40℃最大放電倍率:1C
-40℃ 0.5放電容量保持率≥70%
在Model3項目成立之初,馬斯克就給這款車定了3.5萬美金的售價,但假如還是采用原來的18650電池,就會出現(xiàn)兩種結(jié)果,要么保證續(xù)航超出定價,要么保證定價降低續(xù)航能力,有關(guān)“挑剔”的馬斯克來說都很難接受。所以問題在于,有沒有一種電池在保證續(xù)航的同時降低成本,答案就是21700電池。
雖然18650電池為特斯拉崛起立下汗馬功勞,但馬斯克本人對它一直抱著懷疑態(tài)度,針對21700與18650電池,馬斯克在社交媒體表示:18650電池的出現(xiàn)完全是一場歷史事故,它是早期產(chǎn)品的標(biāo)準(zhǔn),現(xiàn)在只有21700電池才能滿足電動汽車對電池性能的要求。
為何是21700電池?行業(yè)分析人士認為:21700型電池能量密度比我們熟知的18650型電池更高,而且成組之后成本反而會降低。選擇21700,不是它的絕對性能優(yōu)于其他型號,是物理性與經(jīng)濟性綜合均衡的結(jié)果。
今年初,特斯拉正式宣布與松下聯(lián)合研發(fā)的新型21700電池開始小批量生產(chǎn),年底將在千兆廠大規(guī)模投產(chǎn)供應(yīng)Model3。
據(jù)悉,這套21700型電池系統(tǒng)的能量密度在300Wh/kg左右,比原來ModelS使用的18650電池能量密度提升20%以上,單體容量提升35%,系統(tǒng)成本卻降低10%左右。馬斯克表示:這套21700電池是目前可量產(chǎn)電池中能量密度最高且成本最低的電池。
優(yōu)勢明顯,但缺點值得警惕
21700電池有三大優(yōu)點。單體與成組能量密度都大為提高,以特斯拉生產(chǎn)的21700電池為例,從18650型號切換至21700型號后,電池單體電池容量可以達到3~4.8Ah,大幅提升35%,成組后能量密度依然提升20%。
由于單體能量密度更高,所以同等能量下所需電池單體的數(shù)量可減少約1/3,在降低系統(tǒng)管理難度的同時也將減少電池包采用的金屬結(jié)構(gòu)件及電氣配件的數(shù)量。特斯拉18650電池系統(tǒng)成本約為171美元/Wh,改用21700后,預(yù)計系統(tǒng)成本約能實現(xiàn)9%左右的降幅,達到155美元/Wh。
由于降低了單體使用數(shù)量,再加上其它配件使用量降低,在保證同等容量前提下,動力鋰離子電池系統(tǒng)重量得到本質(zhì)優(yōu)化。三星SDI改用一套新型21700電池之后,發(fā)現(xiàn)系統(tǒng)相比目前的電池減少10%重量。
既然能將電芯尺寸做大,進而提高電芯容量,那為何不采用尺寸與容量更大的電芯?
一般來說,圓柱電芯的物理尺寸新增不止提升能量密度,同時會降低電芯循環(huán)壽命和倍率等性能。據(jù)測算,容量每提升10%,循環(huán)壽命大約會降低20%;充放電倍率降低30~40%;同時電芯會有20%左右的溫升。
假如持續(xù)增大尺寸,電芯安全性和適配性都會降低,無形之中新增新能源汽車安全隱患和設(shè)計難度,這就是為何更大尺寸圓柱電池26500、32650等未能規(guī)模化占據(jù)主流市場的原因。
理論上,相比18650電池,21700電池壽命更短、同等容量充電時間更長與安全性更低。有關(guān)電動汽車來說,安全永遠是第一位的,為了防止大電池溫升過高出現(xiàn)火災(zāi),電池散熱系統(tǒng)必須設(shè)計更加合理。
能否取代18650?
從國家對動力鋰離子電池能量密度的指引目標(biāo)來看,2020年動力鋰離子電池單體能量密度要突破300Wh/kg,動力鋰離子電池系統(tǒng)能量密度達到260Wh/kg。目前做的最好的18650電池達不到這個技術(shù)要求,大部分國產(chǎn)電池的密度都在100~150Wh/kg之間。
在時間有限條件下,產(chǎn)品型號改進遠比材料進步更加快速,所以通過新增體積來提高能量密度的21700電池勢必會成為公司重點考慮的對象。
鑒于21700電池的諸多優(yōu)勢,加上特斯拉的巨大行業(yè)影響力,該款電池很可能成為下一個圓柱電池發(fā)展趨勢。然而,雖是未來趨勢,但國內(nèi)公司是否會像以前追隨18650電池那樣布局21700電池,還很難定論。
由于18650電池有很長的歷史發(fā)展積淀,適配性很強,形成了很大市場空間和應(yīng)用范圍,除了應(yīng)用于電動汽車領(lǐng)域外,還可以在筆記本電腦、3C數(shù)碼、無人機、電動工具等其它領(lǐng)域看到。
有關(guān)21700新電池而言,則還沒有形成有效的產(chǎn)業(yè)鏈,這無疑會大幅新增成本阻礙推廣進度。對此,特斯拉的解決辦法是在千兆廠大規(guī)模投產(chǎn),手握50萬輛左右Model3訂單,加上需求量極大的太陽城(SolarCity),特斯拉足以消化掉這些產(chǎn)量。但這種方式僅限于特斯拉,對其它絕大部分廠家來說很難。
并且,國內(nèi)的動力鋰離子電池市場也是近幾年才慢慢展開,絕大部分產(chǎn)線都是為生產(chǎn)18650電池而設(shè)定,甚至某些公司未來幾年的產(chǎn)量都是為18650而準(zhǔn)備,可見業(yè)內(nèi)對18650電池還是長期看好。
假如說這些市場需求不明顯和電池公司制造工藝不足是21700電池難以推廣的次要因素,那么國家在電池尺寸標(biāo)準(zhǔn)方面的相關(guān)政策就是判定21700電池命運的關(guān)鍵。
在工信部制定的《電動汽車用動力蓄電池產(chǎn)品規(guī)格尺寸》征求意見稿中,目前推薦的圓柱電池型號只有18650和32650兩種,假如這個政策一旦施行,意味著21700電池通往新能源汽車市場的大門已被關(guān)閉。
國內(nèi)某動力鋰離子電池廠商負責(zé)人認為,21700圓柱電池在未來會形成趨勢,但假如國家制定的電池尺寸標(biāo)準(zhǔn)中沒有明確支持,這類型號電池的發(fā)展前景將沒有看上去那么美好。
不論如何,新能源汽車市場在快速推進,終端消費市場對續(xù)航有著迫切需求,它決定了廠家會優(yōu)先選擇密度高,綜合性能更好的電池,而政策也是為市場變化而調(diào)整。
如今,特斯拉已經(jīng)扛起大旗率先沖進21700電池的戰(zhàn)場,國內(nèi)的電池廠商們有的選擇跟隨,有的還在觀望。這可能是一場賭博,也可能是一場盛宴。
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