刀片电池与4680电池的对比分析

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$比亚迪(SZ002594)$    $比亚迪股份(01211)$    $特斯拉(TSLA)$   

最近雪球上有一篇标题非常危言耸听的文章《4680电池是特斯拉血洗市场的王牌》,链接:网页链接。本人进行了质疑,提出如下三个问题:

1、为什么圆柱电芯由1865升级到2170之后,没有血洗市场?
2、如果电芯越大越好,为什么不做5690电芯,而是要做4680电芯呢?
3、4680技术能用于磷酸铁锂电池吗?如果不能,怎么颠覆磷酸铁锂电池成为主流的趋势呢?

  @ebuyzone     、    @天天追跌停    等球友对上述质疑进行了回复,并认为4680电池技术仍然可能替换磷酸铁锂电池。在此本人首先感谢这些球友的认真回复,但是本人仍然坚持认为4680电池只能算是三元锂电池通过技术升级实现结构上的优化,来提升能量密度,并没有改变电池的化学性能;而且这种能量密度的提升,仍然不能改变磷酸铁锂电池成为主流的趋势。

具体分析如下:

一、4680电池的主要优势。

能量密度几乎是4680电池唯一的优势。但是在磷酸铁锂电池续航里程达到700至800公里之后(目前已在工信部网站公示的2022款的比亚迪汉EV、唐EV的续航均超过700公里、预计后续基于e平台3.0的车型续航将超过800公里),在大功率快充技术逐步普及以及充电桩达到一定密度之后,更长续航的边际效用下降,通俗地讲,就是意义不大了。最近马斯克也说过,放弃了960公里续航的电池,因为用处不大。

二、4680电池已经被弱化的优势。

1、低温性能。一般认为,三元锂电池的低温性能优于磷酸铁锂电池。但比亚迪采用了创新的热管理技术和刀片电池的新车型海豚的实际低温性能与三元锂电池基本相同,甚至领先。参见下图(续航达成率):

2、充电性能。一般认为,三元锂电池的充电性能优于磷酸铁锂电池。但在800V大功率快充技术的加持下,磷酸铁锂电池已充电性能已经与三元锂电池接近,充电15分钟,续航几百公里成为现实。三元锂电池充电性能的优化已经弱化。

三、刀片电池的优势。

1、安全性。由于刀片电池基于磷酸铁锂技术,具有磷酸铁锂本身稳定性高带来的安全性。另外,由于刀片电池结构上的创新,比圆柱电芯具有更高的强度、更好的散热性能,因此具有更好的安全性。

2、循环次数。刀片电池的循环次数可以达到15000次,而三元锂电池普遍只能达到5000次。作为车用的动力电池,5000次也够用了,但长达15000次的循环次数,有利于电池的梯次应用(比如电动车报废之后,将电池作为储能电池)。

3、成本。磷酸铁锂电池不需要非常稀缺的钴、镍等资源,所以成本较三元锂电池低20%至30%,即使4680电池能够降低成本,但仍然不可能低于刀片电池。

4、资源可控性。磷酸铁锂电池不需要非常稀缺的钴、镍等资源,资源可控性相对较好。

5、结构强度。刀片电池的结构强度很大,可以作为结构件,加强底盘的强度。4680电芯组成的电池包,实质上是一堆小电芯,结构强度弱。

从下图就可以看出:刀片电池的单个电芯(最长可以达到2.5米)远大于4680电芯,且不需要模组,多个电芯直接组成电池包,极大地提高了能量密度;同时,刀片电池的长条型电芯结构也有利于提高结构强度,加强底盘的稳定性,实现更舒适的驾乘体验;而4680圆柱电芯由于太小需要额外的结构件进行保护,即使采用CTC技术,对于刀片电池来说,在降低车身重量上也没有优势。


总结:

本人认为,4680技术本质上是通过结构创新提高采用圆柱电芯的三元锂电池的能量密度,并降低成本、实现提高充电性能等目标,在追求超长续航的高端车型上拥有一定的优势。但这些优势被严重弱化,对于更加广阔的中低端车型来说,磷酸铁锂电池高安全性、低成本等优势已经凸显,必将成为主流的动力电池。

另外,4680技术严重依赖生产设备、生产工艺等方面上的进步,这也是为什么现在才推出4680技术,以及不能做更大的电芯的原因。所以,4680技术仍然需要较长的导入期,并且在初期将需要投入一定的额外成本来更新生产设备、优化生产工艺等。


附图:刀片电池与三元锂电池综合对比表

精彩讨论

漫游中国20252022-03-08 15:01

真正的大规模使用的电池,一定不能使用稀有金属。不能从石油卡脖子,变成钴、镍卡脖子。对于中国这种缺少钴、镍的国家,未来一定是使用磷酸铁锂电池。
——王传福 2021.6.9 亚布力论坛

闲云四海2022-03-09 20:39

回答一下你的观点:
第一二点是4680和特斯拉自己特性,没什么回答的地方,需要提一点的是,4680和2170确有本质区别。相应的刀片电池也对磷酸铁锂也是本质的提升。扩大的散热表面积使其散热更好,长电流回路使其即使短路升温速度和高度也可控,安全性大增,基于以上原因,刀片电池取消了过去复杂的配件和散热流道,体积利用率达到业内最高(这一点4680也无法追赶,这是圆柱电池的几何特性决定的),刀片电池利用既是功能件又是结构件的特性,不但能量密度提升,轻量化提高,车身刚度也能提高一倍(e平台3.0数据,刀片电池可以直接做横梁,圆柱电池可以吗?),刀片电池会是一体式固态电池(可以理解一个电池包就是一整块电池,跟手机类似)量产前最好的CTC电池形式,没有之一。4680实现CTC,依赖结构设计和一体铸造,不都是电池的功劳。
第三点:确实没必要用于铁锂 ,而且是绝对的。你4680用了铁锂,体积利用率不如刀片,同样的正负极材料下,最后成组密度必然低于刀片,还有其他方面的特性差距,这不是找打脸吗?多说一些,实际上当年特斯拉选择圆柱,主要是因为当时能量密度最高的电池就是松下的NCA圆柱电池(这种电池是消费电子产品用的,就是老笔记本用的电芯,很容易发热),特斯拉选择圆柱电池,一直是用能量密度优势去抵消安全及其他方面劣势。在高密度模组下,体积利用率(对乘用车很关键)虽不及刀片电池,但对方块三元电池还是有优势的。举例子,刀片铁锂能量密度140,相当于三元622的160多,像唐ev三元换了刀片,电量还提高了。新款唐ev密度150,带电量108度,至少相当于这个只有三元811成组密度180以上才能做到。特斯拉的电池模组特性也一直不以成组能量密度作为亮点。
第四点,4680当然血洗不了铁锂。这首先是资源决定的。三元需要的镍钴资源紧张,钴可以少用,但镍,你看看这两天的期货风波,虽然是偶发性的,但未来价格往上涨的趋势不会变,三元和铁锂的成本差距可能会越来越大。如果想电动车能像燃油车那样大规模普及,还得主要靠铁锂,至少在成熟又便宜的固态电池上市前,这可能要到2030年了。这意味着特斯拉要想获得很大的份额,也需要相当大一部分用铁锂,而前面说了刀片电池在磷酸铁锂的超然优势,举个例子吧,现在特斯拉铁锂电池包的能量密度是125,刀片电池是150,这里有20%的差距,非常大!这也决定了特斯拉必须选择比亚迪,选择刀片电池,不然等着铁锂车型被爆吧。

第五点,基于不同系统的核心或附属特点很多时候不能直接用来比较。你4680的散热问题,需要无极耳,可刀片电池没有这个问题和需要啊。就像当年特斯拉用NCA电池,为了伺候几千颗暴躁的电池,需要很复杂的bms系统,一度还要加钛板防爆炸。把密度200多的电芯,成组密度搞成100,利用率才50%,很多特粉吹特斯拉bms厉害,可这算是久病成医,人家用安全的方块电池只需要简单的bms就可以了,难道就是落后?这有可比性吗?你有干电极工艺,刀片电池有叠片工艺。比亚迪硅负极刀片电池也实验装车了。4680有三个创新,刀片电池还有五个呢,怎么得出只有4680三分之一的结论?所以没法直接比较,系统性的东西最后比较还是整体输出特性。那电池上主要就是能力密度、安全和成本。4680成组密度最后应该能达到200以上,刀片电池还有提升空间,使用预锂和硅碳负极后,成组密度能到180。刀片电池有体积利用率优势,实际密度差距估计和4680也就差10%左右,但考虑到电芯上4680对刀片有50%左右的优势,最后把差距缩小到这么小,可见比亚迪在电池上的整体功力。安全性和成本上,刀片电池优势地位不变。所以整体上两家电池应用上应该还是均势。我写这么多不是想吹刀片电池多牛逼,而是反对一些一边倒的站一边,什么秒杀之类的。电动车取代燃油车的空间还很大,竞争也很激烈,谁也别想一招鲜,一时领先通吃市场。

漫游中国20252022-03-07 18:57

你的回复很认真,首先表示感谢。

以目标为导向,从用户的角度(车企或最终消费者),我觉得动力电池最重要的因素应该是三个方面:续航、安全性、成本。我认为4680技术仍然仅仅能够在续航上取得优势(而且这个优势的价值已经被弱化,因为铁锂电池的续航已足够长),4680技术在安全性、成本上仍然不具备优势。过份放大那些未被市场验证的“新技术”和“新概念”的优势,有轻信或误导之嫌。


至于充放电性能(三元优势)、低温性能(三元优势)、循环次数(刀片优势)、结构强度(刀片优势)等因素,不是很重要或者已经基本趋同。


我认为4680电池的很多进步都是相对采用18650或2170圆柱电芯的三元锂电池的,对于刀片电池并不够成优势,对于采用方型电芯的三元锂电的优势也不确定(不能假设方型电芯永远不会进步)。

ffffdddd2022-03-07 18:23

我来回答你这些简单的问题,只要认真研究过这两种电池的外行都能回答。
第一,18650和2170本质上没有区别,但4680和2170确有本质区别,区别在于散热的路径变了,内阻大幅变小。
第二,特斯拉底盘高度决定了是80,特斯拉电池并串联结构,以及电池布局平面效率,散热,等综合考虑是46,电池并联大概是10个,需要串联100个组成电池包,大概需要1000个电池单体,特斯拉说过这种串并联结构电池循环寿命最佳,具体分析要把充电和电阻电流结合起来。
第三,能用于铁锂,但没有必要。
第四,4680血洗铁锂肯定不能,储能和中低续航铁锂竞争力非常强。
第五,特斯拉的4680三个核心特点,4680外形和无极耳只是其中之一,干电极工艺和硅负极是另外两张王牌,实话说,如果这三个创新都能成功,刀片的创新最多大概只能相当于特斯拉的创新的三分之一,当然比亚迪粉肯定不会服气,等4680的modely交车了拆解了看另外两个创新的实际情况。
$宁德时代(SZ300750)$

ebuyzone2022-03-07 17:35

不是发明了一种材料,而是将原来卷起来后两端分别为正负极的设计,巧妙地将极耳纵向布置从而使得每一个卷层都有极耳,电子可以沿着电池纵向(也就是80mm高度)直接流动,革命性的提高了电池的充放电性能,并革命性的降低了电池内阻产生的发热从而显著提升安全性。

全部讨论

2022-03-08 15:01

真正的大规模使用的电池,一定不能使用稀有金属。不能从石油卡脖子,变成钴、镍卡脖子。对于中国这种缺少钴、镍的国家,未来一定是使用磷酸铁锂电池。
——王传福 2021.6.9 亚布力论坛

我来回答你这些简单的问题,只要认真研究过这两种电池的外行都能回答。
第一,18650和2170本质上没有区别,但4680和2170确有本质区别,区别在于散热的路径变了,内阻大幅变小。
第二,特斯拉底盘高度决定了是80,特斯拉电池并串联结构,以及电池布局平面效率,散热,等综合考虑是46,电池并联大概是10个,需要串联100个组成电池包,大概需要1000个电池单体,特斯拉说过这种串并联结构电池循环寿命最佳,具体分析要把充电和电阻电流结合起来。
第三,能用于铁锂,但没有必要。
第四,4680血洗铁锂肯定不能,储能和中低续航铁锂竞争力非常强。
第五,特斯拉的4680三个核心特点,4680外形和无极耳只是其中之一,干电极工艺和硅负极是另外两张王牌,实话说,如果这三个创新都能成功,刀片的创新最多大概只能相当于特斯拉的创新的三分之一,当然比亚迪粉肯定不会服气,等4680的modely交车了拆解了看另外两个创新的实际情况。
$宁德时代(SZ300750)$

2022-03-07 19:29

对你的质疑的质疑者,其实对你上述文章的核心观点50%甚至80%是心知肚明的,仍然出来顽固质疑的很大部分原因是盲目崇拜,既凡是特斯拉马斯克首先提出或者坚持的东西都无脑崇拜,比如纯视觉的智能辅助驾驶路线,车身一体压铸,极简内饰,还有那个仍处在L2级别的fsd(那可是full哦)

最新刀片电池的装车密度已经到150
了,第二代刀片还在路上也快了大概率160。

2022-03-09 09:29

等4680大规模量产了再比吧,叫两年了还没装车,即使好也是在PPT上。而刀片电池早就大规模生产了,等4680大规模生产时候刀片电池可能已经是第三代了,能量密度达到170,比亚迪计划是2025达到180,4680哪方面都没任何优势了。

2022-03-07 17:57

据说特斯拉意向采购刀片,足见刀片的综合实力,当然,市场最终说了算。

2022-03-08 20:02

不管你说什么,我只相信特斯拉是对的

4680有没有优势,有多大优势得装车实测个一年半截才能有结论吧。
不过有一点是肯定的,TLA推4680一大目的其实是让供应商卷起来,非常标准化的结构能极大降低供应商的话语权,看看宁德在这件事上的态度就知道了。
BYD本身垂直整合,它的选择可能更多考虑了动力电池本身的技术要求。
目前从实践来看BYD的刀片肯定是成功的,风险只在于全部电池厂如果都卷进4680的话,4680相关产业链几年后会不会反而有了成本优势。

2022-03-07 17:14

这是三元锂,如果密度更高,烧起来是不是更旺

2022-03-19 10:54

科普性的文章更容易吸引流量,结构性的分析更容易找到的机会。
4680可以说没什么创新,不过是提升密度,在宣传策略上,营造一种模糊的高大上,在化合物上实现突破,在天花板上捅过窟窿。不领先,就扩产,最终还以规模+资本主导产业链。
刀片电池则是另辟蹊径,差异性竞争,结构性的创新+工艺工程的创新,两者不是一个层面的东西,不具有可比性。