押注4680，特斯拉为了什么

是行业之光，还是“地狱的门票”？

作者 | 周晓雯 编辑 | 陈晨

近日，特斯拉官方推特发布了消息称，加州的电池试点工厂在1月份已生产了100万块4680电池，标志着这款新型电池进入了量产阶段。

4680是马斯克在2020年特斯拉“电池日”上发布的一款直径46mm、长80mm的大圆柱型电池产品。目前在Model Y上搭载的是“2170”电池，直径21mm，高70mm。在2170电池之前，还有一款容量更小的1865电池。

据马斯克在“电池日”上表示，4680电池的存储容量将是现有2170电池的5倍，功率为6倍，预计可使车辆续航里程增加16%，制造成本降低14%。
不过，在不久前的特斯拉四季度财报电话会议上，马斯克承认，目前特斯拉大规模制造4680电池还存在困难，虽然今年的供应不会受限，但产能未知。需要注意的是，在2020年电池日上，马斯克还提出，2030年特斯拉电池产量（包括供应商）将提高到3TWh。这比特斯拉目前在内华达州的产能高出了近100倍，足以每年供应2000万辆特斯拉，而2021年特斯拉的全球销量接近100万辆。豪言在前挑战在后，可以看到马斯克对于4680的到来充满的信心，并且相信4680将带领着特斯拉走上更高的巅峰。那么，对于特斯拉而言，4680电池到底意味着什么？

01

 4680电池：更大，更强，更便宜

从1865到2170，特斯拉一直通过“做大”圆柱以提升电池能量密度，降低成本，但到了2170再往上，却遇到了瓶颈。圆柱形是电池封装的一种类型结构，除此之外还有软包和方形两种结构。圆柱形电池与方形电池都属于硬壳封装，而圆柱形电池由于历史较长，因此工艺也更为成熟，成本更低。由于面积大，散热性能也优于方形电池，但缺点在于能量密度不高，集成电池组后散热问题依然存在。相比之下，软包电池的单体能量密度更高，方形电池的使用周期更长，但成本也更高。
在特斯拉为第一代Roadster选择电池供应商时，1865圆柱形电池是当时最成熟稳定的锂电池，在一致性、安全性等方面都达到了较高的水平。因此从2008年起，特斯拉选择了松下作为电池供应商，开启了圆柱形锂电池应用于纯电动车的时代。
传统的圆柱形电池在正负极两端分别放置极耳作为导体，当电池工作时，电子在两极的极耳间定向流动。来源：特斯拉根据极耳数量、面积差异，电池可分为单极耳、双极耳、多极耳以及全极耳等类型。1865和2170电池由于体积较小，多采用单极耳。但随着电池体积增大，电阻会随着电流流经距离的增加而提高，在电池充放电时极易导致极耳和连接处局部热量过大，影响电池安全，还会造成能量损失。这就是在2170电池升级中面临的瓶颈。为了解决极耳发热的问题，特斯拉在2017年与“锂电池先驱”Jeff Dahn建立了研究伙伴关系，并于2020年提出了“无极耳”的设计方案：通过改变极耳结构，使电子直接在电极集流体、盖板、壳体之间进行传导，增大了传导和散热面积，缩短了传导距离。由此看来，“无极耳”并非真的没有极耳，而是将极耳接触方式从点接触变为面接触的“全极耳”技术。

来源：锦缎研究院

从2170到4680，“无极耳”是最显著的变化。而相比于此前其他的圆柱形电池，4680电池的优势则更凸显于能量密度的提升和成本的降低。由于使用了高镍三元正极材料，体积更大，电池容量更高。4680电池的电池容量是2170电池的5倍，功率为2170电池的6倍，带来16%的里程提升。据此估算，Model Y中国后驱版续航将从原本的545km提升至632km，而Model Y Performance版本续航将有望从615km一举提升至713.4km。来源：特斯拉成本方面，由于4680圆柱动力电池只需要约950个电芯（2170需要4416个），并且减少了电池隔膜、钢壳等不提供能量密度的原材料的用量，砍掉了繁琐的极耳装配，4680电池相比2170电池成本下降了14%。综合特斯拉在电池工厂、正极材料、负极材料和电池包集成（CTC）等方面的降本举措，特斯拉的制造成本将降低56%。来源：特斯拉
按动力电池占全车成本30%-40%算，2021年Q4特斯拉财报中披露单车平均成本3.6万美元，那么4680电池还将为特斯拉带来至少4%的降本空间，约为1500-2000美元。叠加特斯拉的其他电池技术创新，成本降幅约为6000-8000美元。如果再叠加结构电池组、一体式压铸等技术，Model Y最终的成本降幅或将接近1万美元。

02

“产能地狱”重现？

尽管4680电池从性能和成本上看起来一片光明，但当下仍有很长的路要走。在正式宣布量产之前，4680电池曾经面临良品率不足20%的问题。4680的隔膜在卷绕过程中容易发生正负极为短路现象；加上改良的“无极耳”技术，全极耳与集流体之间的留白空间较小，容易出现热堆积效应。为此，特斯拉在加州弗里蒙特工厂建造了4680电池的试点生产线，还从各大电池企业招聘了一批专业人员。随着工艺的不断改进提升，今年1月，特斯拉爱好者平台Tesla Motors Club上流出的一份关于4680电池良品率的报告显示，4680电池的良品率已经提升到92%。来源：Tesla Motors Club但除了制造工艺的提升，产能也是横亘在特斯拉面前的一道坎。根据特斯拉此次的消息，本次的4680电池电芯累计产量达到了100万块，但按照一辆Model Y需要装配950块电芯计算，这些只够装1052辆Model Y。而在2021年，特斯拉全年的交付量已逼近百万大关，单单上海的超级工厂在8月份的Model Y日产量就已突破了1000辆。来源：特斯拉按照2021年的产量，如果特斯拉想要在所有的新出厂的Model Y上装配4680电池，产能可能需要高达9亿颗。特斯拉+产能，这个情节似乎有些眼熟。2016年，特斯拉Model 3在开放预订的首日就超过了10万台，在此情况下，特斯拉制定了宏伟的生产计划——实现周产能5000台，马斯克也兴奋地提出了“全自动化工厂”的构想。这个梦想直接把特斯拉推入了“地狱”。彼时的特斯拉“超级工厂”，报废率高达40%，终于实现周产量5000辆目标的那一周，只有700辆车真正走出了工厂，剩下的4300辆车，还得重回生产线，进行返工和二次检测。过高的成本也导致了特斯拉的财务状况严重恶化。2016Q4-2018Q2，特斯拉的毛利率、净利率大幅降低，现金流状况也极其紧张。来源：公司公告来源：公司公告为了拯救特斯拉，马斯克终于承认了错误，将工人请回了工厂，自己也住进了工厂。在7*24的加班加点下，Model 3 的产能终于出现了较大的增幅，特斯拉也终于从“产能地狱”中爬了出来。Model 3的难关过去了，4680呢？尽管官方表示已经开始量产，但装配4680电池的Model Y尚未正式交付，数据尚存于纸面之上，量产之后的财务数据也要留待日后披露。值得注意的是，已经有一款特斯拉的车型为了4680而推迟交付——Cybertruck。Cybertruck的预定量也已超过了100万台，但由于电池产量限制，交付时间一拖再拖，从一开始宣布的2019年拖到了2022年。但特斯拉目前4680的供应重心却向Model Y倾斜。如果最终不能解决4680产能问题，Cybertruck是否会重蹈Model 3覆辙还是未知数。不过，这一次特斯拉并不是孤军奋战，背后还有“老朋友”松下。今年2月，作为特斯拉老牌供应商的松下斥资800亿日元（约合7.04亿美元）扩建其位于和歌山的工厂，引进新设备，预计年产能约10 GWh，相当于15万辆汽车电池需求。松下方面表示，今年4月份将启动小批量生产，确认技术安全性及高效性之后，2023年便将投入大规模量产。一旦能够交付，松下将首先供应特斯拉。比起那时的“地狱边缘”，特斯拉目前的境况或许好得多。

03

 主机厂的话语权之争

在经历了Model 3的产能地狱后，特斯拉为什么冒着产能不足的风险，仍然执着于自研自产电池？在开放性的供应链策略下，这或许是特斯拉的一种博弈的方法：以大需求为筹码，通过自研自产降低成本，向外部供应商施压。但在如今竞争者林立的新能源汽车行业，电池厂商的选择也不止特斯拉一家。在表示将优先向特斯拉供应4680电池的同时，松下也表示，将准备向特斯拉以外的电动汽车制造商销售。松下首席执行官津贺一宏还强调，并不担心特斯拉自主生产电池后会成为松下的直接竞争对手。在特斯拉与电池厂商们的博弈背后，是主机厂与电池厂的长久以来的话语权之争。在电动车的推广初期，车企完全依赖于电池制造商的供应，但随着市场需求的扩张，这一局面发生了变化。近年来，主机厂因电池供应不足而被迫推迟生产计划的事情时有发生，小鹏和蔚来都曾因电池供应紧张而延迟交付计划。另一方面，电池成本占据了造车成本的30%-40%，随着新能源汽车补贴退坡以及电动化趋势加快，电池成本的控制成为竞争的焦点，直接关系到产品竞争力和单车利润。根据最新数据显示，特斯拉从松下、LG化学和宁德时代三家主要电池供应商购买的电池,平均每千瓦时价格为142美元。另外，通用汽车每千瓦时电池的平均采购价格为169美元，而电动汽车行业的平均采购价格为186美元。车企通过外购方式获得电池，只有两种降低成本的方式：供应商主动降价；等到企业规模扩大后再倒逼供应商降价。但是，目前的电池市场仍然偏向于卖方市场，比如造车新势力“蔚小理”的电池，大部分都来自宁德时代；大众的动力电池也大多来源于宁德时代、LG能源解决方案、三星SDI这几家巨头。供应来源单一，寄希望于供应商降价的概率显然不高。尤其还是在最近两年电池原材料价格不断上涨的情况下。为了避免再受制于这种被电池“卡脖子”的状况，主机厂们走上了自建电池厂的道路。去年3月，大众集团也举办了“电池日”发布会，宣布到2030年计划在欧洲建立6家电池工厂，总产能达到240GWh；11月，广汽集团宣布将通过全资子公司自建电池生产线；福特汽车近日也宣布成立全球电池创新中心……不过，自建电池厂这样大的手笔，也只有像大众、广汽、福特这样“家大业大”的巨头才敢于出手，而特斯拉虽然也加入了自产电池，10GWh的产量比起大众的240GWh也只能算少得可怜。对于规模没有那么大的主机厂而言，自建电池厂也并不是一个必须的选择。比如造车新势力们，他们目前更具有优先级的事情可能是市场、产品和品牌，垂直整合对于他们来说成本过大，可能会造成相反的效果。但无论如何，随着主机厂们的入局，未来的电池供应终将走向多元化。自建电池厂、外购电池、合建电池厂，这三种模式可能将长期存在。

04

 尾声

对于4680电池的到来，也曾有许多不看好的声音。有些评论认为，马斯克在社交媒体上出了名的“不靠谱”，因而市场不应该过分神话特斯拉。但不论马斯克的个人风格如何，特斯拉的业绩表现是不可辩驳的事实。另一个事实是，在众多主机厂中，特斯拉从来不是个例，不论是自建电池厂，还是发明电池新技术。如果4680最后顺利大规模量产，那么至少对于行业而言，将是一道变革之光。

参考文献

《特斯拉4680大圆柱电池能否引领下一代技术方向？——动力电池新技术展望系列报告二》光大证券

《4680大圆柱等工艺创新加快锂电池技术进步——动力电池与电池系统系列报告（八十二）》招商证券

《4680电池：谁的砒霜，谁的蜜糖？》锦缎研究院

《新物种4680电池：看起来很美，造出来不易》Mr.蒋静的资本圈

《良品率超90% 4680大圆柱电池加速量产》电池中国网

《4680电池能让Model Y降价多少？》汽车头条

《特斯拉因4680电池再陷「量产地狱」？》机器之心

《特斯拉“产能地狱”往事：分歧、落地、陷阱、重塑》创事记

《三星SDI和LG能源已完成4680电池样本研发，瞄准特斯拉订单》盖世汽车网

《特斯拉的电池策略》电动汽车观察家

《破解电池“卡脖子”：广汽埃安将自建电池产线》新锐汽车观察

《电池厂商博弈加剧，开放合作与技术创新的时代来临！》OFweek锂电网

《动力电池话语权之争：车企自建电池厂PK第三方电池供应商 》经济观察报

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