值得注意的是,能让特斯拉推出如此平民级电动车的关键,在于其使用了加粗加长的升级版电池——21700电池。
与18650电池一样,特斯拉21700电池也是圆柱形锂电池中的一种。其中“21”指电池直径为21mm,“70”指高度为70mm,“0”代表圆柱体型的电池。
特斯拉取得初步领先
特斯拉推出21700电池并非是想引领技术方向,实际是迫于成本压力。
在Model 3项目成立之初,马斯克就给这款车定了3.5万美金的售价,但如果还是采用原来的18650电池,就会产生两种结果,要么保证续航超出定价,要么保证定价降低续航能力,对于“挑剔”的马斯克来说都很难接受。所以问题在于,有没有一种电池在保证续航的同时降低成本,答案就是21700电池。
虽然18650电池为特斯拉崛起立下汗马功劳,但马斯克本人对它一直抱着怀疑态度,针对21700与18650电池,马斯克在社交媒体表示:18650电池的出现完全是一场历史事故,它是早期产品的标准,现在只有21700电池才能满足电动汽车对电池性能的要求。
为什么是21700电池?行业分析人士认为:21700型电池能量密度比我们熟知的18650型电池更高,而且成组之后成本反而会降低。选择21700,不是它的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。
今年初,特斯拉正式宣布与松下联合研发的新型21700电池开始小批量生产,年底将在千兆工厂大规模投产供应Model 3。
优势明显,但缺点值得警惕
21700电池有三大优点。单体与成组能量密度都大为提高,以特斯拉生产的21700电池为例,从18650型号切换至21700型号后,电池单体电池容量可以达到3~4.8Ah,大幅提升35%,成组后能量密度依然提升20%。
由于降低了单体使用数量,再加上其它配件使用量降低,在保证同等容量前提下,动力电池系统重量得到本质优化。三星SDI改用一套新型21700电池之后,发现系统相比目前的电池减少10%重量。
既然能将电芯尺寸做大,进而提高电芯容量,那为什么不采用尺寸与容量更大的电芯?
一般来说,圆柱电芯的物理尺寸增加不止提升能量密度,同时会降低电芯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。
如果持续增大尺寸,电芯安全性和适配性都会降低,无形之中增加新能源汽车安全隐患和设计难度,这就是为什么更大尺寸圆柱电池26500、32650等未能规模化占据主流市场的原因。
理论上,相比18650电池,21700电池寿命更短、同等容量充电时间更长与安全性更低。对于电动汽车来说,安全永远是第一位的,为了避免大电池温升过高出现火灾,电池散热系统必须设计更加合理。
能否取代18650?
从国家对动力锂电池能量密度的指引目标来看,2020年动力电池单体能量密度要突破300Wh/kg,动力电池系统能量密度达到260Wh/kg。目前做的最好的18650电池达不到这个技术要求,大部分国产电池的密度都在100~150Wh/kg之间。
在时间有限条件下,产品型号改进远比材料进步更加快速,所以通过增加体积来提高能量密度的21700电池势必会成为企业重点考虑的对象。
由于18650电池有很长的历史发展积淀,适配性很强,形成了很大市场空间和应用范围,除了应用于电动汽车领域外,还可以在笔记本电脑、3C数码、无人机、电动工具等其它领域看到。
对于21700新电池而言,则还没有形成有效的产业链,这无疑会大幅增加成本阻碍推广进度。对此,特斯拉的解决办法是在千兆工厂大规模投产,手握50万辆左右Model 3订单,加上需求量极大的太阳城(Solar City),特斯拉足以消化掉这些产量。但这种方式仅限于特斯拉,对其它绝大部分厂家来说很难。
并且,国内的动力电池市场也是近几年才慢慢展开,绝大部分产线都是为生产18650电池而设定,甚至某些企业未来几年的产能都是为18650而准备,可见业内对18650电池还是长期看好。
如果说这些市场需求不明显和电池企业制造工艺不足是21700电池难以推广的次要因素,那么国家在电池尺寸标准方面的相关政策就是判定21700电池命运的关键。
在工信部制定的《电动汽车用动力蓄电池产品规格尺寸》征求意见稿中,目前推荐的圆柱电池型号只有18650和32650两种,如果这个政策一旦施行,意味着21700电池通往新能源汽车市场的大门已被关闭。
国内某动力电池厂商负责人认为,21700圆柱电池在未来会形成趋势,但如果国家制定的电池尺寸标准中没有明确支持,这类型号电池的发展前景将没有看上去那么美好。
不论如何,新能源汽车市场在快速推进,终端消费市场对续航有着迫切需求,它决定了厂家会优先选择密度高,综合性能更好的电池,而政策也是为市场变化而调整。
如今,特斯拉已经扛起大旗率先冲进21700电池的战场,国内的电池厂商们有的选择跟随,有的还在观望。这可能是一场赌博,也可能是一场盛宴。