七月底，特斯拉發(fā)布旗下第四款車型Model 3，新車根據(jù)續(xù)航里程有354公里和499公里兩款，以后可能會有高性能版本。其中售價最低3.5萬美元，使Model 3成為特斯拉至今為止價格最親民的車型。

 

值得注意的是，能讓特斯拉推出如此平民級電動車的關(guān)鍵，在于其使用了加粗加長的升級版電池——21700電池。

 

與18650電池一樣，特斯拉21700電池也是圓柱形鋰電池中的一種。其中“21”指電池直徑為21mm，“70”指高度為70mm，“0”代表圓柱體型的電池。

 

特斯拉取得初步領(lǐng)先

 

特斯拉推出21700電池并非是想引領(lǐng)技術(shù)方向，實際是迫于成本壓力。

 

在Model 3項目成立之初，馬斯克就給這款車定了3.5萬美金的售價，但如果還是采用原來的18650電池，就會產(chǎn)生兩種結(jié)果，要么保證續(xù)航超出定價，要么保證定價降低續(xù)航能力，對于“挑剔”的馬斯克來說都很難接受。所以問題在于，有沒有一種電池在保證續(xù)航的同時降低成本，答案就是21700電池。

 

雖然18650電池為特斯拉崛起立下汗馬功勞，但馬斯克本人對它一直抱著懷疑態(tài)度，針對21700與18650電池，馬斯克在社交媒體表示：18650電池的出現(xiàn)完全是一場歷史事故，它是早期產(chǎn)品的標(biāo)準(zhǔn)，現(xiàn)在只有21700電池才能滿足電動汽車對電池性能的要求。

 

為什么是21700電池？行業(yè)分析人士認(rèn)為：21700型電池能量密度比我們熟知的18650型電池更高，而且成組之后成本反而會降低。選擇21700，不是它的絕對性能優(yōu)于其他型號，是物理性與經(jīng)濟(jì)性綜合均衡的結(jié)果。

 

今年初，特斯拉正式宣布與松下聯(lián)合研發(fā)的新型21700電池開始小批量生產(chǎn)，年底將在千兆工廠大規(guī)模投產(chǎn)供應(yīng)Model 3。

 

 

據(jù)悉，這套21700型電池系統(tǒng)的能量密度在300Wh/kg左右，比原來Model S使用的18650電池能量密度提升20%以上，單體容量提升35%，系統(tǒng)成本卻降低10%左右。馬斯克表示：這套21700電池是目前可量產(chǎn)電池中能量密度最高且成本最低的電池。

 

優(yōu)勢明顯，但缺點值得警惕

 

21700電池有三大優(yōu)點。單體與成組能量密度都大為提高，以特斯拉生產(chǎn)的21700電池為例，從18650型號切換至21700型號后，電池單體電池容量可以達(dá)到3~4.8Ah，大幅提升35%，成組后能量密度依然提升20%。

 

 

由于單體能量密度更高，所以同等能量下所需電池單體的數(shù)量可減少約1/3，在降低系統(tǒng)管理難度的同時也將減少電池包采用的金屬結(jié)構(gòu)件及電氣配件的數(shù)量。特斯拉18650電池系統(tǒng)成本約為171美元/Wh，改用21700后，預(yù)計系統(tǒng)成本約能實現(xiàn)9%左右的降幅，達(dá)到155美元/Wh。

 

由于降低了單體使用數(shù)量，再加上其它配件使用量降低，在保證同等容量前提下，動力電池系統(tǒng)重量得到本質(zhì)優(yōu)化。三星SDI改用一套新型21700電池之后，發(fā)現(xiàn)系統(tǒng)相比目前的電池減少10%重量。

 

既然能將電芯尺寸做大，進(jìn)而提高電芯容量，那為什么不采用尺寸與容量更大的電芯？

 

一般來說，圓柱電芯的物理尺寸增加不止提升能量密度，同時會降低電芯循環(huán)壽命和倍率等性能。據(jù)測算，容量每提升10%，循環(huán)壽命大約會降低20%；充放電倍率降低30~40%；同時電芯會有20%左右的溫升。

 

如果持續(xù)增大尺寸，電芯安全性和適配性都會降低，無形之中增加新能源汽車安全隱患和設(shè)計難度，這就是為什么更大尺寸圓柱電池26500、32650等未能規(guī)模化占據(jù)主流市場的原因。

 

理論上，相比18650電池，21700電池壽命更短、同等容量充電時間更長與安全性更低。對于電動汽車來說，安全永遠(yuǎn)是第一位的，為了避免大電池溫升過高出現(xiàn)火災(zāi)，電池散熱系統(tǒng)必須設(shè)計更加合理。

 

能否取代18650？

 

從國家對動力鋰電池能量密度的指引目標(biāo)來看，2020年動力電池單體能量密度要突破300Wh/kg，動力電池系統(tǒng)能量密度達(dá)到260Wh/kg。目前做的最好的18650電池達(dá)不到這個技術(shù)要求，大部分國產(chǎn)電池的密度都在100~150Wh/kg之間。

 

在時間有限條件下，產(chǎn)品型號改進(jìn)遠(yuǎn)比材料進(jìn)步更加快速，所以通過增加體積來提高能量密度的21700電池勢必會成為企業(yè)重點考慮的對象。

 

 

鑒于21700電池的諸多優(yōu)勢，加上特斯拉的巨大行業(yè)影響力，該款電池很可能成為下一個圓柱電池發(fā)展趨勢。然而，雖是未來趨勢，但國內(nèi)企業(yè)是否會像以前追隨18650電池那樣布局21700電池，還很難定論。

 

由于18650電池有很長的歷史發(fā)展積淀，適配性很強(qiáng)，形成了很大市場空間和應(yīng)用范圍，除了應(yīng)用于電動汽車領(lǐng)域外，還可以在筆記本電腦、3C數(shù)碼、無人機(jī)、電動工具等其它領(lǐng)域看到。

 

對于21700新電池而言，則還沒有形成有效的產(chǎn)業(yè)鏈，這無疑會大幅增加成本阻礙推廣進(jìn)度。對此，特斯拉的解決辦法是在千兆工廠大規(guī)模投產(chǎn)，手握50萬輛左右Model 3訂單，加上需求量極大的太陽城（Solar City），特斯拉足以消化掉這些產(chǎn)量。但這種方式僅限于特斯拉，對其它絕大部分廠家來說很難。

 

并且，國內(nèi)的動力電池市場也是近幾年才慢慢展開，絕大部分產(chǎn)線都是為生產(chǎn)18650電池而設(shè)定，甚至某些企業(yè)未來幾年的產(chǎn)能都是為18650而準(zhǔn)備，可見業(yè)內(nèi)對18650電池還是長期看好。

 

如果說這些市場需求不明顯和電池企業(yè)制造工藝不足是21700電池難以推廣的次要因素，那么國家在電池尺寸標(biāo)準(zhǔn)方面的相關(guān)政策就是判定21700電池命運(yùn)的關(guān)鍵。

 

在工信部制定的《電動汽車用動力蓄電池產(chǎn)品規(guī)格尺寸》征求意見稿中，目前推薦的圓柱電池型號只有18650和32650兩種，如果這個政策一旦施行，意味著21700電池通往新能源汽車市場的大門已被關(guān)閉。

 

國內(nèi)某動力電池廠商負(fù)責(zé)人認(rèn)為，21700圓柱電池在未來會形成趨勢，但如果國家制定的電池尺寸標(biāo)準(zhǔn)中沒有明確支持，這類型號電池的發(fā)展前景將沒有看上去那么美好。

 

不論如何，新能源汽車市場在快速推進(jìn)，終端消費(fèi)市場對續(xù)航有著迫切需求，它決定了廠家會優(yōu)先選擇密度高，綜合性能更好的電池，而政策也是為市場變化而調(diào)整。