特斯拉12月26日發(fā)布消息，稱4680 電池周產(chǎn)量已達(dá)到裝備 1000 多輛汽車的水平。
(資料圖片)
4680電池是特斯拉2020年推出的一種新電池，也是特斯拉自己研發(fā)的第一款電池。過去，特斯拉曾參與電池開發(fā)，但主要是調(diào)整現(xiàn)有18650和2170電池的體積和化學(xué)成分。
現(xiàn)在，特斯拉自研電池，體積比2170電池要大得多，采用無極耳設(shè)計。特斯拉還計劃通過與現(xiàn)有電池制造商的合作，制造電池。
不過，一個超級工廠周產(chǎn)ModelY，一般為3000輛。也就是說，目前特斯拉自產(chǎn)的4680電池在內(nèi)部仍舊供不應(yīng)求。另外，目前尚不清楚特斯拉4680電芯生產(chǎn)的具體進(jìn)度。
特斯拉2022 年 2 月發(fā)布數(shù)據(jù)，其位于弗里蒙特的試點(diǎn)工廠，完成100萬個4680電池。從那以后，特斯拉只發(fā)布了一些關(guān)于生產(chǎn)率增加的消息，沒有確認(rèn)實(shí)際生產(chǎn)量。
特斯拉首次確認(rèn)實(shí)際生產(chǎn)率，在上周生產(chǎn)了86.8萬個4680電池，這足以生產(chǎn)1000多輛 Model Y汽車。這些電池將用在得州超級工廠。
除了弗里蒙特的試驗(yàn)工廠外，特斯拉還在得州工廠試圖創(chuàng)造更高產(chǎn)量，并縮短供應(yīng)鏈。
4680產(chǎn)量提高，特斯拉新款電池供應(yīng)有所緩解，但2023年的增長在很大程度上將與提高4680電池產(chǎn)量有關(guān)。
因此，這個信息，對特斯拉來說，是最近一個還算不錯的好消息。
7天生產(chǎn)86.8萬個電芯裝備千余輛車，按照一年52周計算，年產(chǎn)也就是5萬多輛。特斯拉此前在4680電池量產(chǎn)上遇到了很多問題，比如干法涂布導(dǎo)致的良品率低，激光焊接點(diǎn)太多工藝復(fù)雜，這些都將是特斯拉和其4680供應(yīng)商要解決的現(xiàn)實(shí)問題。
4680電池為什么對特斯拉如此重要？下面是《超源力》此前發(fā)布的一篇文章，供讀者參考。
得州競技秀：4680像臘腸一樣懸掛
美國時間2022年4月7日，約有15,000人觀看特斯拉賽博牛仔競技秀（Cyber Rodeo），這項(xiàng)慶祝活動在美國奧斯汀附近的得州超級工廠開幕。
活動中展示了不少新玩意，關(guān)注動力電池的觀眾，將眼光投向4680電池。
特斯拉把4680電池像臘腸一樣吊起，一組兩排69個電池，分12列懸掛，共828個電池，中間是散熱的水冷板。
69條涂裝好的極片，兩頭固定，懸掛而下，反映出電芯的制造效果。
4680電池結(jié)構(gòu)，直接與整車結(jié)合，電池被更強(qiáng)的鑄鋁結(jié)構(gòu)化車體包圍，這樣與高壓鑄鋁下殼體整合在一起。
4680電芯研發(fā)試制在福林蒙特，生產(chǎn)在奧斯汀，而電芯4月份已經(jīng)開始量產(chǎn)，產(chǎn)能在今年第二季度才能放量。
特斯拉得州新工廠，采用直線式組裝生產(chǎn)線，所有工序都集中在狹長的廠房里。
在電芯直裝底盤（Cell to chassis，CTC）時代，特斯拉整個工廠更高效，電芯工廠是拼圖的一塊。
從曝光的得州工廠布局看，比CTC更重要的是，特斯拉已經(jīng)完全重構(gòu)了傳統(tǒng)汽車制造流程。
傳統(tǒng)汽車是沖壓到焊接到涂裝，然后總裝的串行邏輯，而得州工廠基于前后鑄造和CTC電池系統(tǒng)，整車生產(chǎn)變?yōu)椴⑿泻湍K化拼裝環(huán)節(jié)。
這個改變帶來的不僅是生產(chǎn)節(jié)奏和成本降低，更是新能源汽車制造邏輯的革命：分模塊迭代，異平臺融合。
整個產(chǎn)業(yè)鏈上所有環(huán)節(jié)，都被納入馬斯克重新思考的范圍。
在馬斯克面前，傳統(tǒng)只是被改變的對象，就像4680電池出誕生一樣，一切都是“第一性原理”的體現(xiàn)，都是“減法原則”的體現(xiàn)。
規(guī)模效應(yīng)起來了，但品牌還沒起來
4680的名字，就是一個簡化版。
動力電池從形狀上分，主要有3類：圓柱、方形和軟包。其中，4680與18650和21700電池一樣，是圓柱電池。
18650和21700，18（毫米）和21（毫米）代表電池直徑，65（毫米）和70（毫米）代表高，最后那個0代表圓柱。
4680也是按照這種方法命名的。46（毫米）是電池直徑，80（毫米）是高，0代表的圓柱，被業(yè)內(nèi)人士習(xí)慣性省略，因此簡稱4680。
明白了這一點(diǎn)，就知道4680比18650和21700個頭大。
單個18650電芯，體積是16541立方毫米；21700體積為24245立方毫米，4680體積為132960立方毫米。
因此，4680相當(dāng)于8個18650大，相當(dāng)于5.5個21700大。
杭州伯坦科技工程有限公司總工程師王鋒指出，4680在圓柱類產(chǎn)品里體積能量密度有優(yōu)勢，但跟刀片等方形電池比，沒有優(yōu)勢。
“方形可以把盒子全塞滿，而4680不行?！蓖蹁h告訴《超源力》，“你拿4個圓杯子擠在一塊，你看一下中間的空隙，就明白了?！?/p>
王鋒告訴《超源力》，4680已經(jīng)到了極限，“我估計馬斯克不會再去擴(kuò)大它的體積了，因?yàn)闆]辦法擴(kuò)大?！?/p>
雖然圓柱電池中，4680是個大個，但與方形電池相比，仍是小不點(diǎn)，具有常被忽視的優(yōu)勢。
王鋒以瓷磚為例說明4680的體積優(yōu)勢。
“跟貼地磚一樣，相比小磚，大磚貴又不方便。比如1米×1米的磚，貼起來非常麻煩，搬運(yùn)貼都不方便，中間容易損壞，這都將增加成本?！?/p>
與方形刀片等電池相比，4680單體電池僅僅相當(dāng)于一個刀片電池的百分之幾，安裝方便，損壞更換便宜，報廢率也會降低。
4680優(yōu)化：扔掉極耳成了無極耳
4680電池結(jié)構(gòu)，首先減少了極耳。
極耳是電池正極上面突出的部分，就是干電池那個圓圓的點(diǎn)。這個地方是電池充放電時最容易過熱的地方。無法控制熱量，電池廠商無法做大電池。因?yàn)殡姵卦酱?，一旦燃燒和爆炸，威力就更大?/p>
既然極耳不聽話，那就扔掉它。
這就是馬斯克告訴他的電池項(xiàng)目負(fù)責(zé)人德魯?巴格利諾的話。
4680的優(yōu)勢在于采用了無極耳技術(shù)，或者叫全極耳技術(shù)。
“相當(dāng)于什么呢？就像高速中間有個收費(fèi)站，現(xiàn)在把收費(fèi)站拆了，這樣車輛到哪里都是雙向8車道了。”王鋒說。
無極耳技術(shù)，讓電子在電極間跑得更短了。
“刀片電池中，一米長涂布繞卷，電子實(shí)際跑的距離要更長。電子在4680中只要跑80毫米?！蓖蹁h解釋稱，4680是工藝突破，并非材料突破。而極耳沒辦法解決，永遠(yuǎn)存在，特斯拉就是把極耳變成了一大片而已，叫全極耳。
沒有極耳或者全極耳后，4680電池怎樣工作呢？
電子的流動就好比一群人過橋，極耳就相當(dāng)于橋，當(dāng)所有人都從一座橋通過時，橋要承受極大的載荷，載荷可以理解為電阻產(chǎn)生的熱量。
無極耳設(shè)計相當(dāng)于把橋拆了，橋下也填平了，人群走到另一邊，和正常走路沒有兩樣。
通俗點(diǎn)說，就是由點(diǎn)對點(diǎn)傳輸變成了面對面?zhèn)鬏?，電子傳?dǎo)面積變大，傳輸效率變高，避免了極耳過電位的產(chǎn)生，降低熱量聚集。
極耳自身也有電阻，去掉極耳，相當(dāng)于解決了一部分發(fā)熱源。
正是由于4680電池的發(fā)熱量可控，又能提高充電電流，提高充電效率，特斯拉才能放手做大電池。
整體而言，無極耳優(yōu)點(diǎn)是：電子移動路徑縮短5%-20%，內(nèi)阻減小5-20倍，顯著降低電子偏移和過電位現(xiàn)象的產(chǎn)生，提升了電池壽命。導(dǎo)電涂層和電池殼體的接觸面積達(dá)到100%，分散了發(fā)熱區(qū)域。
無極耳后電子的工作原理
但是，這也是4680量產(chǎn)化產(chǎn)線的難點(diǎn)。
“就跟兩張紙一樣，既要折回去，負(fù)極還不能夠短路?！蓖蹁h指出，雙極耳變成無極耳，技術(shù)上是一個創(chuàng)新點(diǎn)，它可能通過一種膠水或者通過焊接把它粘起來?！耙蝗σ蝗φ刍貋恚ＷC電池的密封性，還不能短路，這就是它的工藝難度?！?/p>
而江淮汽車研發(fā)中心工程師王鑫認(rèn)為，4680的無極耳確實(shí)難搞，工藝水平要求較高。國內(nèi)一般的電池廠家還不一定能拿得下來，包括激光焊接等比較麻煩。
4680工序：放棄烤箱跳過溶劑直接涂層
減法，遠(yuǎn)不止極耳。
通常，制造電池需要從大量電極粉末開始，將它們與水或溶劑混合以形成大量漿料，然后將其涂在金屬箔上以形成電極。所以，電極必須在巨大的烘箱中干燥，然后去除溶劑。
馬斯克的電池項(xiàng)目得力干將德魯·巴格利諾直接宣布：公司將放棄烤箱，跳過溶劑步驟……直接從干混到涂層。
4680電池上述辦法，實(shí)際上承襲了干電極技術(shù)。
特斯拉為此做了準(zhǔn)備。
早在2019年，特斯拉就收購了全球領(lǐng)先的電池技術(shù)公司Maxwell，并將其開發(fā)的干電極技術(shù)用在4680上。
特斯拉的4680電池，很像干電池。
杭州伯坦科技工程有限公司總工程師王鋒認(rèn)為，特斯拉4680，沿襲的就是干電池思路，就是在追求標(biāo)準(zhǔn)化。
“干電池經(jīng)歷100多年發(fā)展，實(shí)現(xiàn)了電池標(biāo)準(zhǔn)化，差別只在涂布材料不一樣而已?！蓖蹁h指出，4680最大優(yōu)勢是標(biāo)準(zhǔn)化生產(chǎn)，因?yàn)榱慨a(chǎn)才可控制成品不良率。
所以，無論提高電芯容量，還是采用無極耳技術(shù)，4680初衷仍是解決電池規(guī)模化生產(chǎn)的問題。王鋒告訴《超源力》，4680核心問題是制程工藝簡單，目標(biāo)就是跟5號干電池一樣生產(chǎn)使用。
4680的電極材料厚度從55微米增至60微米，這樣增加電極的活躍度，能量密度提升5%，延長了電池循環(huán)壽命。
省了溶劑，4680的制作成本更低。
4680上車：電芯直接集成在底盤上
4680上車，又減少了傳統(tǒng)的電池組環(huán)節(jié)，直接集成于底盤。
電動汽車常用的電池包，都是由多個模組組成，每個模組里又由單體電池組合而成。
比如，Model3的電池包由2大2小共計四個模組串聯(lián)組成，大模組25個串聯(lián)電池模塊，小模組23個串聯(lián)電池模塊，每個串聯(lián)電池模塊由46節(jié)21700單體電池并聯(lián)組成，四組共計4416節(jié)單體電池。
整個電池系統(tǒng)總重約474公斤，其中電池重約312公斤，上殼體、電池管理器及其他附件共重約53公斤，下殼體、結(jié)構(gòu)件、冷卻管路以及線纜重約62公斤。4個電池模組總面積約為2.7平方米，能量密度為170Wh/kg。
Model 3 上的21700電池包
4680電池組取消了模組設(shè)計，將電池和底盤直接集成。該集成技術(shù)就是CTC（Cell to Chassis，電芯集成整車車體）。
王鋒指出，電池技術(shù)涉及制成工藝和成本，先變形到模組，然后再到無模組技術(shù)（CTP，Cell to Pack）。
CTC技術(shù)與CTP原理相似，本質(zhì)上都是減少電池組的零部件提升電池集成效率，減輕電池組重量，提升能量密度，增加續(xù)航里程。
使用CTC技術(shù)的4680電池組，直接將960(40X24)個單體電池排列，能量密度為215Wh/kg。
4680電池組面積約為2.57平方米，比21700電池組面積少了5%。整個電池系統(tǒng)總重約438kg，冷卻系統(tǒng)與電池共重348kg，電池管理器、上下殼體及線纜經(jīng)過優(yōu)化共重約90kg。4680電池組的重量比Model 3的電池組要輕。
兩相比較，4680電池組容量增加15%，輕松擁有100kwh的電池容量。
4680 CTC重新定義了電池布局，整合了三電系統(tǒng)，節(jié)省370個零部件，車身減重10%，每千瓦時電池成本降低7%。
特斯拉最早專利技術(shù)是無焊接成組，這一點(diǎn)非常像干電池，往里面一卡即可使用。
“做Pack成組，還需要技術(shù)，4680如果一卡即用，還講個屁的技術(shù)？還要啥自行車？塞進(jìn)去不就行了嗎？刀片能做到這一點(diǎn)嗎？做不到?！蓖蹁h說。
4680因此減少了單輛整車所用的電池數(shù)。
一輛整車使用的單體電池，從4416節(jié)降到960個。這個減少，直接的好處就是：4680比此前的電池一致性更好。
一般而言，電池充電和放電都有截止電壓，電池組要在充電截止電壓或放電截止電壓中工作，一旦有電池突然顯示充滿或突然無電狀態(tài)，電池組的電池管理系統(tǒng)就會調(diào)整，這就是一致性調(diào)整。
21700電池組的4416節(jié)電池一致性更好調(diào)整，還是4680電池的960節(jié)更好調(diào)整？答案顯而易見。
馬斯克4680減法：終極目標(biāo)奔著標(biāo)準(zhǔn)和售后
這些減法做完后，馬斯克把4680稱之為“結(jié)構(gòu)性電池”。
馬斯克減法做了這么多，到底為什么？
“他把事情理解地比較透徹：只有標(biāo)準(zhǔn)化才能大規(guī)模生產(chǎn)，如果電池壞了，系統(tǒng)檢測后更換壞掉的4680電池，是不是成本更低？”王鋒說，刀片電池電芯一壞，就要更換一大條，更換模組成本更高。
王鋒認(rèn)為，實(shí)際上，馬斯克的所有減法，都是奔著終極問題而去：為了售后。
“饅頭和面包有啥區(qū)別？沒區(qū)別，都為了填飽肚子?！蓖蹁h說，中國車輛質(zhì)保期較長，企業(yè)最核心的問題是：你賣出去啥，你都得售后。
“你不能說8年過了，這車壞了就修不了?！蓖蹁h指出，即使電池廠不復(fù)存在，因產(chǎn)品實(shí)現(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)化，汽車廠家也不用擔(dān)心售后維修。
馬斯克要做一個全世界的標(biāo)準(zhǔn)產(chǎn)品，而且這個標(biāo)準(zhǔn)產(chǎn)品要經(jīng)過長時間的市場檢驗(yàn)并獲得認(rèn)可。
一位不愿具名的電池專家告訴《超源力》，動力電池發(fā)展30余年，國內(nèi)企業(yè)非要干一個跟別人不一樣的東西：當(dāng)時為了油改電，車廠要求電池廠開發(fā)了各種奇奇怪怪的電池，可是這種電池并不能達(dá)到廣義上的通用。
王鋒也認(rèn)為，特斯拉選擇圓柱電池，至少有30多年的工藝技術(shù)支撐，較為成熟，“不是胡亂創(chuàng)新”。
關(guān)鍵是，電池量產(chǎn)必須達(dá)到一定的良品率。
最新消息是，特斯拉得州工廠4680良品率已達(dá)90%，奧斯汀工廠良品率有時甚至達(dá)到93%。
一位不愿具名的電池專家告訴《超源力》，圓柱電池良品率達(dá)到90%，比較容易實(shí)現(xiàn)。
馬斯克為何沒有選擇固態(tài)電池作為突破口？
據(jù)王鋒介紹，在工業(yè)品中，尤其是在汽車領(lǐng)域，需要非常成熟的板塊，才能去試。一般情況下，車企是不會去試錯的。
最新的日本情報顯示，日本固態(tài)電池已經(jīng)具備量產(chǎn)化能力，但制程比較復(fù)雜，在汽車上大規(guī)模使用，需要一個過程，短期內(nèi)做不到。
“日本固態(tài)電池技術(shù)基本實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定，但誰敢把它放到車上去大規(guī)模用？”王鋒說，“一出問題就要召回，這成本是多少？誰受得了？”
因此，他認(rèn)為，固態(tài)電池技術(shù)，有和成熟，是兩碼事。
“在這樣的情況下，4680原有材料體系更穩(wěn)定，風(fēng)險性更小?！蓖蹁h指出，“馬斯克用最低成本，解決了最難解決的問題。”
五步工序法：馬氏最看重消減流程
其實(shí)，馬斯克一直在做減法。
馬斯克曾在帶人參觀他的火箭工廠時，反復(fù)強(qiáng)調(diào)：減少工序。
在參觀星艦基地時，馬斯克說，雖然經(jīng)常有人問我設(shè)計了什么樣的火箭發(fā)動機(jī)，但發(fā)動機(jī)的基本設(shè)計在前蘇聯(lián)時代已經(jīng)完成。
接下來，馬斯克把制造工序分成5個階段：
首先是對主要事項(xiàng)給出定義，第2是削減流程，第3是優(yōu)化，第4是持續(xù)提高速度，最后是應(yīng)對量產(chǎn)的自動化。
馬斯克說，增加也許可能需要的東西，這種做法不好。他強(qiáng)調(diào)排在第2的削減流程的重要性。
據(jù)馬斯克透露，在開發(fā)可重復(fù)利用的火箭時，不少人建議了很多功能，但結(jié)果大多數(shù)都是沒用的。
馬斯克直言，如果缺少了真正需要的東西，之后可以追加，但如果只是追加而不做修改，那就意味著整個工序沒有充分削減，一定存在多余。
特斯拉在減少原則上，就有現(xiàn)存的失敗案例。
特斯拉曾給純電汽車的電池盒上部安裝了玻璃纖維的襯墊，投入了大量資金實(shí)現(xiàn)工序自動化。
馬斯克此后詢問技術(shù)人員：為什么需要這一襯墊？
電池安全性負(fù)責(zé)人回答：用于防止噪聲和振動。
而噪聲和振動負(fù)責(zé)人卻立即回答：用于防止火災(zāi)。
兩個部門，給出的理由不同。
馬斯克要求測試，得到的結(jié)論是：不需要這一襯墊。
這就是沒有堅持減法原則，導(dǎo)致太多的浪費(fèi)。
回顧特斯拉 19 年歷史，馬斯克入住已有18年，他一直在用下面的套路推進(jìn)減法原則：
1）先設(shè)定一個不可能的跨越目標(biāo)
2）內(nèi)部分歧不斷，各種失敗謠言頻傳
3）團(tuán)隊(duì)瘋狂努力
4）接近目標(biāo)
5）實(shí)現(xiàn)顛覆
在電動汽車上，馬斯克仍用了這個套路。
它設(shè)定的目標(biāo)是：電池成本降低一半以上，造出25000美元的電動汽車。
他的團(tuán)隊(duì)，正按照這個路徑，奔向他設(shè)定的目標(biāo)。
技術(shù)遇阻時：馬斯克也會說軟話
減法原則，挑戰(zhàn)大，難度高，經(jīng)常遇阻。
比如，4680采用的涂層過程，是將材料直接涂在金屬箔片上。
該涂層必須是光滑、均勻的。為了做到這點(diǎn)，涂層箔在被稱為“壓延”過程中，被巨大的輥?zhàn)訑D壓。
馬斯克曾說，漿料通過滾筒，像披薩面團(tuán)一樣被壓扁，但非常堅硬。
馬斯克的比喻很貼切，因?yàn)閴貉邮请姵厣a(chǎn)中常規(guī)部分，就像搟披薩面團(tuán)一樣。但對于 4680，壓延起初并不起作用。
電極變大變厚時，電芯面積增大，缺陷率隨之增加，而當(dāng)陰極較厚時，必須施加更大的壓力，才能使金屬顆粒變得平整光滑。
4680采用的是鎳錳鈷或鎳鈷鋁材料，當(dāng)電池被壓延時，將面臨一個破碎顆粒的戰(zhàn)場。
面對困難，馬斯克說，壓延過程中，壓光輥凹陷，他和他的團(tuán)隊(duì)，“沒有預(yù)料到這一點(diǎn)”。
巴格利諾認(rèn)為，這不是科學(xué)問題，這是一個工程問題。這不是是否問題，這是什么時候的問題。
面對難題，馬斯克并不是100%有信心。
“我們有一個非結(jié)構(gòu)電池組和 2170 的備用計劃，”馬斯克話留余地，“我們不想過分強(qiáng)調(diào)干陰極，也許是成本改進(jìn)的 10% 或 15% 或類似的東西?！?/p>
馬斯克補(bǔ)充說：“10% 仍然是不容小覷的，特別是每年生產(chǎn)數(shù)百GWh電池?！?/p>
最新公開的信息顯示，特斯拉上述問題可能已經(jīng)解決。
數(shù)據(jù)顯示，特斯拉已經(jīng)生產(chǎn)超過100萬個4680電芯。不過，這些量遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠裝機(jī)需求，因?yàn)?00萬個4680電芯裝載Model Y，也只能下線1041臺車。
去掉產(chǎn)量外，4680電池，仍需要“拋開廣告看療效”。
王鑫分析稱，4680電池并不是顛覆性的產(chǎn)品。從車企角度，特斯拉跟其他車企競爭，需要一個競爭武器。其次，特斯拉自產(chǎn)電池，在市場上起到引領(lǐng)作用，其他電池廠家不想在技術(shù)路線上落伍，不想被特斯拉拋棄，選擇跟進(jìn)押寶。
王鑫認(rèn)為，相比4680電池，特斯拉真正的賣點(diǎn)是它的智能化，這個對整個行業(yè)的思路將是顛覆性的。
馬斯克從踏入造車領(lǐng)域起，就發(fā)誓要造“很酷的車”。
造很酷的車，途中并不順利。
據(jù)傳記作家希金斯回憶，當(dāng)初，特斯拉的車，門關(guān)不上，窗戶也壞了，上下車時發(fā)出可怕的尖叫聲。汽車數(shù)據(jù)公司JD Power 2106年還宣布：特斯拉是奢侈品牌中最差的，也是整個行業(yè)中最差的。
希金斯當(dāng)時曾斷言：馬斯克本人在賭博，且“這是一個世紀(jì)的賭注”。
但隨著Model3、ModelS、ModelY等上市后，銷售數(shù)據(jù)在向馬斯克傾斜。
至少目前，馬斯克半程已經(jīng)賭贏了。
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