特斯拉21700电池详解性价比超18650

来源:节能型动力电池测试    发布时间:2024-04-21 06:26:26

  今年的投资者见面会上,特斯拉宣布与松下联合研发的新型21700电池开始量产,并强调这是目前可量产电池中单位体积内的包含的能量最高且成本最低的电池,三星SDI也推出了相同规格的新型电池21700,全球锂电巨头纷纷转向21700电池,能否刮起型号变更的大风。

  回顾动力锂电发展之初,特斯拉采用18650的成功极大的引导了国内18650电池在电动汽车领域的应用,18650电池具备高度成熟的工艺,自动化程度高,作为标准化产品良品率及一致性有保障(国外三星等企业良品率98%以上,国内普遍在90%以上),且成本较低(2Ah单体价格为5~6元),在动力锂电池初期应用车辆上达到了尽量压制成本的作用,目前我国主流动力锂电池主要以18650圆柱为主,如福斯特、比克动力、智航新能源、德朗能、天鹏电源、亿纬锂能等公司都采用圆柱18650的产品技术路线受限于体积限制,普遍在2.2-3.6Ah之间,在当前对动力电池能量包能量持续提升要求下,单体容量提升空间存在限制,未来提升进度也将趋缓。

  动力锂电池单位体积内的包含的能量的提升依靠两种方式:一是锂电池材料体系机理性能提升,对材料研发及匹配性要求非常高,进步较慢。二是对型号及工艺的生产控制。

  动力锂电单位体积内的包含的能量目标会倒逼产品型号变革提升。当前制定的2020年前新能源汽车补贴标准与动力锂电池单位体积内的包含的能量正比例相关,因此在电池材料体系没有巨大突破的情况下,从产品型号设计入手,适当增大电池“直径和长度”获得更高的有效容量成为必然趋势,18650已初步完成了动力锂电池初级应用阶段的历史使命,未来“加大码”锂电池型号将会兴起。

  远期看,从国家对动力锂电池单位体积内的包含的能量的指引目标来看,我国明白准确地提出要在2020年动力电池单体单位体积内的包含的能量突破300Wh/kg,动力电池系统单位体积内的包含的能量达到260Wh/kg;2025年动力电池系统单位体积内的包含的能量要达到350Wh/kg。以比克公司的18650型号电池为例,三元锂电单体单位体积内的包含的能量为215wh/kg,要达到2020年单体电池目标,需提升39.5%幅度较大。大方向上国家补贴推动企业内生动力去提升电池单位体积内的包含的能量,而产品型号改进远比材料(NCA,811)进步更加快速,通过增加体积来提高单位体积内的包含的能量的21700电池无疑会成为企业重点考虑的对象。动力锂电池持续提升的单位体积内的包含的能量要求势必持续助推动力锂电池型号的变革。

  21700电池的单位体积内的包含的能量要优于18650电池。根据目前特斯拉披露的信息,在现有条件下,其生产的21700电池系统的单位体积内的包含的能量在300Wh/kg左右,比其原来18650电池系统的250Wh/kg约提高20%。同时我们根据松下的动力锂电池单体的测试数据分析来看,其21700电池的体积单位体积内的包含的能量远高于18650型电池单体。单体电芯单位体积内的包含的能量的提升要远高于成组后提升的20%幅度。

  21700成本下降9%左右。根据Tesla披露的电池价格信息,预计21700的动力锂电池系统售价为170美元/Wh,相比18650的售价185美元/Wh,价格下降幅度可达8.1%左右。18650的系统的成本约为171美元/Wh,改用21700后,系统成本约能实现9%左右的降幅,达到155美元/Wh。

  单体容量提升后,PACK所需配件数同比例减少带动PACK成本下降。从18650型号切换至21700型号后,电池单体电池容量能达到3~4.8Ah,大幅度的提高35%,同等能量下所需电池的数量可减少约1/3,Tesla Models电动汽车使用7104节18650电池串并联成电池组,预计在新款MODEL3电池节数将大幅度减少。在降低系统管理难度的同时将同比例的减少电池包采用的金属结构件及导电连接件等配件数量,特斯拉的Pack成本占总系统成本约24%,预计电池包成本降幅较为可观。

  轻量化的贡献。三星提到在其改用新型21700电池之后,系统相比目前的电池能减少了10%的组件和重量。从而逐步降低电池Pack的重量,整车的单位体积内的包含的能量将得到部分提升。

  21700不是绝对性能优于其他型号,是物理性与经济性综合均衡的结果。圆柱电芯的物理尺寸增加不止提升单位体积内的包含的能量,同时会负相关影响到循环寿命和倍率等性能。据测算,容量每提升10%,循环寿命大约会降低20%;充放电倍率降低30~40%;同时电芯会有20%左右的温升。如持续增大SIZE,会加大牺牲掉安全性风险。

  经济性方面,圆柱电芯在18650成熟工艺上进行适当幅度的提升,在保障良品率和一致性的前提性对成本来控制。若SIZE过大,安全性和适配性均将降低,导致更大的圆柱26500、32650等未能规模化占据主流市场的原因。

  产线通用生产变更成本较低。首先从国内锂电生产企业来看,目前正处于规模化的产线建设投资期,预计今年年内的有效产能预计在60-70GWh左右,短期锂电的产能供给端建设基本完成,未来新增投资增速将趋缓,福斯特、比克动力、智航新能源、德朗能、天鹏电源、亿纬锂能等近两年大幅扩产的企业产线为主。从存量产线圆柱为主,电池厂商由原来的主流18650转型到21700较为便利,产线较为容易,不会投入太高的设备技改费用及新增添的设备投资。所以我们预计未来21700电池将会有可观的增长。产线改造主要涉及中后段的分切、卷绕、装配、化成等环节,针对半自动线的模具调整费用较低。

  国内部分18650电池企业表示了对特斯拉21700路线的认可,并且也在进行有关布局。若企业自身通过研发对材料性能改进的实力不强,单位体积内的包含的能量的提升最直接的方式是通过物理方式能做大型号提升单位体积内的包含的能量。比克、福斯特、猛狮、天鹏等圆柱电池企业都宣称将在未来产能扩充中投产21700电池。其中比克电池研发副总裁林建表示,比克18650电池量产后能量达到3.5Ah,下一步将开发21700电池,通过结合高镍与硅碳,实现21700电池量产能量达6.0Ah,更为快速的是天鹏、福斯特等公司,天鹏二号生产基地已配置的设备生产21700型产品,产品单位体积内的包含的能量可达200-240Wh/Kg。

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