Q:4680相比于2170、方形、软包等封装模式,工艺改进的亮点?
A:1)全极耳的设计,用铜铝箔来做极耳,涂布的时候,1860、2170、软包、方形的涂布机滚筒左右两侧边缘都是和铜铝箔对齐,正负极材料附着在上面,全极耳式滚筒左侧比下面的正极片、负极片更窄,有几毫米宽度没有涂正、负极料,留白的地方最后经过涂布滚压、烘干、卷绕工艺,卷成大圆柱,用激光切割把上面留白的地方切割开来,没有料的铜铝箔作为正极、负极的极耳,再用揉平设备激光模切把没有料区的地方模切开之后,用揉平设备往圆柱圆心揉45度角,再用激光焊接把极耳全部焊在一起。
2)涂布跟之前不一样,没有把整个负极正极一侧涂满,滚压的时候因为全极耳设计,没有料的空箔带,涂布后烘干(溶剂挥发走),再用滚压机把正极负极压紧,空白地方(铜箔或铝箔)和滚压机接触的表面张力比较大,滚压过程中造成料区掉粉、打皱,影响后面良率、激光焊接、模切工艺,所以需要对没有涂料的边缘空白地方做温度退火处理,表面张力会大大降低,方便后面做滚压、激光模切。
3)最大的不同,激光模切、激光揉平、激光焊接,相对1860、2170,是增加的工艺,之前只有一个极耳或两个极耳,涂布的时候左右两边和极片对齐,涂了一段时间会抬起来,让铜铝箔极片往前空一段距离再涂,中间空的距离用来焊极耳,镍带或铝带作极耳,4680不用焊,铜铝箔做极耳,全极耳工艺需要用激光模切,经过涂布、烘干、滚压、卷绕成圆柱的4680后,最上面最下面都是没有料的空箔,切成5大份,极耳数量比较多,切开后容易散开,需要用揉平设备,往圆柱中心揉45度角,再用激光焊接机把极耳焊接在一起,5大份有很多层,往圆中心弯曲的极耳用激光焊在一起,这个阶段和之前1860、2170、方形、软包都不同,因为方形和软包现在很多是叠片工艺,和卷绕工艺不一样,有些也用卷绕工艺,也和4680也不一样,最大不同是全极耳设计导致涂布、滚压和极耳切割和其他电池工艺区别最大。
Q:4680电池成本的变化?
A:1)相比方形:去年年底统计了价格,比方形单wh成本贵一些,对比基于同样的正极、负极体系,比如正极都用811,负极都用人造石墨,4680成本6毛5/wh,方形6毛/wh,5分钱差距来源于铜铝箔,铜铝箔消耗量比方形更多,全极耳多出来的部分(没有涂料的)全是铜铝箔。此外,设备投资比方形电池高,叠片有也极耳焊接、切割,但远小于4680极耳切割数量,4680激光设备要5台/gwh,方形就1台,换算下来单wh成本贵。
4680可以用能量密度高的硅基负极,纯氧化亚硅容量大概1800mAh/g,人造石墨的容量360mAh/g,硅基容量可以达到石墨容量的5倍,价格只有3倍,去年年底7万一吨高端人造石墨,硅基一吨21万元,换算下来单wh成本下降,方形没有用硅基负极,要用也混不到容量更高的负极,因为圆柱对硅负极膨胀有天然优势,电解液量比方形少,副反应少,钢壳结构更耐硅基膨胀,圆弧形状对硅基在某点的膨胀起分散作用,方形发生膨胀容易鼓起来,给电池系统带来安全隐患。4680正极可以用9系高镍,镍含量很高、活性高,很容易和电解液发生副反应,圆柱本身电解液少,对产气也有承受能力,9系高镍钴含量低,后续成本比8系便宜,能量密度更高。高能量密度正负极匹配4680,成本接近方形6毛/wh的成本,通过材料体系优化成熟,成本会比方形更便宜。
2)跟2170等比:能量密度、成本非常大优势。一个2170电池重量70克,4680电池350克,重量5倍,容量提高到6倍,一个2170电池5Ah,4680电池30Ah,重量能量密度2170电池247wh/kg,4680做到280wh/kg。整车上只需要960个4680电池,特斯拉用的2170-台车要4400个,2170电池包占比面积2.7平米,960个4680占地面积2.57平米(占地面积更小)。电池包容量4000多个2170是82度电,960个4680是95度电,电池包容量提高15%,占地面积下降5%,能量密度比同样的小圆柱提高很多,通过电池数量减少,DMS监控系统、冷却系统都有成本下降。
Q:一二线电池厂在使用高镍和硅碳上能力的差距有多大?麒麟和4680的发展趋势?
A:一二线电池厂目前良率88%左右,比国外低,宁德时代、亿纬锂能的正极用镍含量88的单晶正极,负极混12%-15%氧化亚硅、80%以上是石墨,混出的负极容量550mAh/g。正极用88系单晶,明年Q4量产会用到9系,特斯拉、松下、LG做4680用的9系高镍三元正极,韩国、日本用NCA,特斯拉后续会用二元9系,只含镍和锰。国内差不多,用8系、9系,大部分国内车企用8系单晶(循环更优),镍含量有差别(85-88以上)。
麒麟比4680能量密度高10%,是基于同样正负极体系下去对比,4680换成高镍和硅基负极去比,会更有优势。麒麟在电池包、模组上做优化改进,电池系统上做优化,类似比亚迪做成刀片CTC,麒麟电池是CTP。
Q:高镍正极的标称电压、标称容量有变化吗?材料利用效率?
A:8系、9系的电压和5系、6系相当,高镍三元没有做高电压,电池和石墨、硅负极匹配出的电压在3.6-3.8V。锂离子脱嵌效率(用高镍):约88%的首次效率。
Q:亿纬锂能、比克以及国际上特斯拉、松下的良率?
A:特斯拉、松下Q1宣布良率90%,国内普遍低,除了亿纬锂能、宁德时代做到88%,比克不到7成,其他家在7成以下。国外生产效率比较低,2170一分钟可以做240个电池,4680能做3-5个,容量是2170的6倍,与1分钟240个2170的生产速率相当要1分钟40个4680,生产效率都偏低,3-5个和40个差距大,主要是揉平设备还没完全自动化,亿纬锂能和先导智能合作,特斯拉和美国企业回去做,日韩和自己国内企业合作。
Q:为什么目前8系4680没做高电压?
A:电解液是较大问题,做高电压对材料要求不是非常高,包覆要求高。
做成高电压电解液要满足要求,5系、6系能实现,8系再做高电压,电解液分解速度会更快,添加剂配方还不成熟,需要时间优化,做到高电压需要电解液体系做好,适用8系、9系高电压。9系可能会用到高电压的,8系是过渡,后续往9系转,终极9系是二元的,只含镍和锰,用这种9系,电压可能达到5V以上(现在4V以上高电压),对电解液的耐分解能力要求更高,是后续发展趋势,目前电解液没有很好,所以高镍没有高电压。
Q:亿纬锂能、宁德时代、比克的产能规划?
A:亿纬锂能在荆门有20GWh大圆柱,在匈牙利买了10GWh大圆柱的土地,后面主要供欧洲车企,现在国内20GWh,未来至少30GWh以上,后续还有铁锂圆柱的产能布局,现在和小鹏电动车有电池合作,后续也会用到大圆柱,亿纬目前30-40GWh产能。
宁德3条大圆柱线,1条线4个GWh,大概12GWh。比克良率还偏低,产能规划10GWh。
Q:未来4680的市占份额?
A:短时间内从良率、生产效率的优化进度看,给特斯拉、宝马送了B样,7月底完成,下半年继续优化良率,国外90%,国内88%(高一点的),明年上半年达到94%的良率,明年做C样测试,23年下半年亿纬锂能计划出10GWh大圆柱,和宝马比较确定,是乐观估计,揉平设备还没完全解决,第二年翻倍。特斯拉2023年计划出几十GWh,后年翻番,后年4680市场60GWh左右,往后接近100GWh。2030年圆柱上到60%份额,在高端车型上量。现在方形占80%以上,软包份额最小,好多车型在放弃软包。方壳预计最终30%以上份额,储能等各方面的量都比较稳定。
Q:一条4680线需要5台模切设备,这个设备多少钱/台?
A:模切设备400万左右,激光焊接设备450万。
Q:4680能量密度提升后,单线能产多少GWh?单线的设备投资?单GWh的设备投资是增大还是变小?
A:一条线年产4GWh,单GWh的设备投资1.6亿元左右。后续设备投资会越来越小,成熟后(良率达到后)电池做大了,卷绕设备更少。投资现在变大,之后会变小,并逐渐趋于稳定。
Q:麒麟电池和圆柱电池在测试或者验证的客户?分别的进展?
A:麒麟主要是电池包(系统)的优化(散热等),在方形乘用车客户上做验证,在做电池包测试。亿纬锂能4680去年9月底送的A样,去年Q4完成A样测试,今年6-7月B样完成测试,下半年优化良率、完善揉平设备自动化,明年Q1做C样,过后就可以出货,B样后一般就可以定点,下半年会有消息出来,基本明年Q4出货。麒麟还在测试,到了B样,明年车企会用到麒麟电池。
客户:大圆柱就是跟特斯拉(4680)、宝马(4695,容量更大),麒麟电池国内车企在做系统测试,如小鹏、蔚来、理想,国外也有在测(用方形的宝马)。
Q:4680的快充能力是什么水平?
A:亿纬锂能和宝马开发的4695,从10%到80%的SOC充电时间10分钟。宁德时代、特斯拉、松下快充时间大概15分钟,4-6C的水平,现在方形在2C左右。
Q:麒麟电池做高镍、硅碳负极相比圆柱有优势吗?
A:麒麟电池是方形电池,方形电池也有在尝试开发硅负极(能量密度提高)。方形电池某个地方发生膨胀的话很容易鼓包,方形电池(硅基)负极容量极限混到400mAh,硅的添加量在3%-5%,圆柱可以做到550mAh。麒麟电池(方形)用的正极,8系没问题,9系会有较大问题,因为9系对电解液的分解更快、更强,方形电池注液系数大于圆柱,更容易发生副分解反应,难度更大,目前没有厂商在方形上用9系。目前4680这种正负极(高镍+硅基)搭配,麒麟能量密度会比4680低很多。同材料体系下,配合麒麟电池做成系统,能量密度比圆柱电池提升13%左右,但4680使用高镍和硅基负极的话,能量密度可以提高到方形的15%以上。如果同样使用高镍正极、硅基负极,4680能量密度高2%,成本贵一点,后续放量成熟、良率改善后,成本会跟方形(麒麟)接近。
Q:4680电池液冷板的用量是否会减少?
A:相对于小圆柱肯定会减少,小圆柱电池数量更多,一台车要4000多个电池,液冷板用量也更多,且空间布局更不方便。2170-台车电池包占面积2.7平米,4680占面积2.5平米,所以液冷板数量减少。更方形不太好比,方形电池可以做的更大,容量可能比4680还大(比如4680做30Ah,方形做60Ah),冷却性结构铺设没有4680好,30Ah的4680和60Ah的方形液冷板数量相当。除电池外,4680系统成本2毛5/wh,方形也差不多,冷却这块4680有些优势,监控可能比方形弱一些,做成集成系统成本相当,都是2毛5-3毛/wh。
Q:方形负极混了硅负极后最多做到400mAh,圆柱可以做到550mAh,正极一般才300多mAh,负极做这么高有什么用?
A:正极高镍8系200mAh/g,5系、6系150-160mAh/g,只有负极一半不到的容量。负极能量密度做的高,负极极片可以做得更薄,正极厚度和之前没太大变化,但卷绕圈数更多,容量会提高,比如2-3克正极对应1克负极。
Q:快充对电池体系有什么要求?能量密度低一些才能做到快充?
A:快充:1)和正负极材料的粒径大小有关,正极或负极的粒子越小,锂离子脱嵌速度更快,粒子更大的话,锂离子从内部到外部脱的路径很长,快充中间发热、内阻更大。2)和电解液有一定关系,粘度越大,迁移速度会受到影响,也和电解液配方造成粒子迁移的阻抗有关。3)极片越薄快充性能越好,和粒子越小是一个原理,从内到外的迁移速度会更快,但不能太薄,太薄的话能量密度会受影响。
快充性能理论上和负极关系更大,因为正极是脱锂离子,快充时从正极脱出的向负极嵌入,要实现快充,负极的石墨层间距要更大,比如硬碳层间距更大,锂离子进入速度更快,快充性能更好。总结:从材料来说和负极关系更大,从电池设计来说和厚薄关系非常大。
Q:隔膜涂PVDF要多涂1微米,是单面还是双面?
A:在硅负极那面。
Q:4680电池单kWh隔膜用量和5系方形有差别吗?
A:隔膜用量比方形稍微多一点,1GWh用量1500万平左右。方形电池更大,隔膜要盖住料区,防止短路。电池小一些隔膜用量更大一些,每个电池都会比正负极宽一点,如果电池做小了,多出来的部分更多。相同容量的4680和方形,隔膜用量一样。方形容量可能比4680大,容量更大、隔膜用量相应更少。
Q:碳管、炭黑、激光设备的供给格局?
A:碳管:亿纬锂能用的青岛昊鑫和天奈科技、三顺纳米(被卡博特收购)。正极上有部分用青岛昊鑫,碳管管径做的比较长,20-30微米,导电性更好,中间没有断、电子传输连续性好,在正极上起比较大作用,因为负极本身导电性不错,正极需要这种管径长的。负极用的天奈科技,做的管径细,能接近单壁。中科三顺在电动工具、消费类上有些占比,但比这两家要小。动力电池来说,天奈科技占比最大,消费类青岛昊鑫占比最大。亿纬的碳管用量,天奈50%、昊鑫35%、三顺15%。
炭黑:现在大部分(80%-90%)用益瑞石。国产化黑猫、山西的一些炭黑厂家,国内分散性有些问题,和表面官能团有一定关系,氧含量、其他杂原子含量不一样,对分散性有影响,国产化趋势加速,80-90%还是用益瑞石。
激光设备:4680主要是激光模切和激光焊接。激光模切国内大部分用海目星的设备,特斯拉也用海目星的。激光焊接设备,联赢激光用的比较多。大族也做激光设备,后面激光模切可能会有。
Q:DWI工艺在4680中是否可以取代传统工艺(钢壳和铝壳)?
A:斯莱克提出的工艺,制造圆柱钢壳或铝壳,生产效率会更高、降低成本。斯莱克有给亿纬锂能提供1860、2170的小圆柱钢壳,现在4680钢壳要求特殊,外面要镀一层镍。钢壳制造过程种要先把钢切出来,用模具减薄拉伸做成圆柱形,4680需要镀镍,斯莱克之前在1860、2170上用易拉罐技术做出钢壳、铝壳圆柱,但镀镍还不成熟,还在开发钢上镀镍的工艺,一个是减薄拉伸前镀镍,一个是做完钢壳后镀镍,大圆柱上应用DWI 工艺需要等镀镍工艺产业化,下半年会送镀镍4680给亿纬锂能测试,现在还不成熟,后续可能会有优势,4680现在还不能应用。
Q:关于复合集流体,PET铜箔是否适用4680、PET铜箔是否适用快充?会采用吗?
A:都适用,储能、消费,中间是高分子材料,两边镀一层铜箔,重量轻、成本低、安全性高,因为中间不导电,异物刺穿过程中不会发生短路。现在镀铜技术很成熟,但在高分子材料上镀1微米的铜,均匀性不好控制,小批量能稳定,大批量有问题,高分子材料对分子量、柔韧性都有要求,重庆金美和宁德合作PET铜箔。之前测过PET铜箔,容易出现镀铜不均匀、电压击穿、涂布过程中出现打皱、掉粉,后续能够国产化的话(隔膜之前国产化难、现在也国产化了),安全、能量密度高、成本低,优势明显,在各种电池上都有较大应用潜力。对快充没有特别大的影响,PET铜箔比较薄,可能发生不均匀、击穿的问题,不成熟的话快充可能有隐患,后续成熟的话问题不会特别大。4680现在不会用PET铜箔,现在还是用常规铜箔。因为PET铜箔不成熟,4680本身也还不是很成熟,再用不成熟的材料难度更大。
Q:4680的钢壳用科达利的?
A:基本都用科达利的,镀镍工艺比较成熟。壳的价格一分钱-wh左右,占成本比例小,没有提价也没有提高成本占比。之前1860、2170大部分也是用科达利的,也有用其他家的,如斯莱克。斯莱克现在报价便宜10%,但影响不大,因为科达利毛利比较高,可以降价。斯莱克做易拉罐的,锂电池进人晚,客户绑定、规模效应没那么强,可能跟科达利竞争难度较大。