今年7月份,关于特斯拉Model 3的新闻不少,由于这台车的定价为3.5万美元起步,巡航能力超过350公里,因此可以说既亲民又比较实用的一台电动车。这台车推出后订单火爆,在半年时间内居然收到50万份订单,但近期的每个月的产量却仅有两三百台,估计会让很多人等到花儿也谢了。影响产能的因素有很多,但电池的肯定是其中之一。目前特斯拉的车型使用的都是传统的18650锂电池,这种电池从设计之初就不是为动力电池而来,但是在电动车还没有大量普及前,特斯拉只能去适应这种电池,采用了大量的单个电池串联而来。无论从生产成本还是续航里程看,这种电池都存在一定的弊端,为了彻底解决这个问题,专为动力电池而来的27100电池就走上了的历史舞台。
当然,我们还是首先应该了解18650电池什么。18650是锂离子电池的鼻——-日本SONY公司当年为了节省成本而定下的一种标准性的锂离子电池型号,其中18表示直径为18mm,65表示长度为65mm,0表示为圆柱形电池。常见的18650电池分为锂离子电池、磷酸铁锂电池。锂离子电池电压为标称电压为3.7v,充电截止电压为4.2v,磷酸铁锂电池标称电压为3.2V,充电截止电压为3.6v,容量通常为1200mAh-3350mAh,常见容量是2200mAh-2600mAh。18650电池有很长的历史,适配性很强,形成了很大市场空间和应用范围,出现在笔记本电脑、3C数码、无人机、电动工具等众多领域。
而特斯拉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。21700型电池能量密度比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。
采用21700电池后,电池节数必将大幅减少,从而降低了系统管理难度,同时电池包采用的金属结构件及导电连接件等配件也将减少。特斯拉的Pack成本占总系统成本约为24%,因此电池包的成本降幅较为可观。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电池确实是一种切实可行的方式。
从今年初特斯拉披露的信息来看,在现有条件下,其生产的21700电池系统的能量密度在300Wh/kg左右,比其原来18650电池系统的250Wh/kg约提高20%。电池单体电池容量的提升意味着同等能量下所需电芯的数量减少约1/3,如此以来降低了系统管理难度、简化金属结构件等配件数量,虽然单个电芯的重量和成本提升了,但是电池系统PACK的重量和成本却得到了降低。
有研究人员称,圆柱电池的物理尺寸增加不止提升能量密度,同时会降低循环寿命和倍率等性能。据测算,容量每提升10%,电池循环寿命大约会降低20%;充放电倍率降低30~40%;同时电池会有20%左右的温升。如持续增大尺寸大话,就将面对牺牲安全性所带来的风险,这就是为什么26500、32650圆柱电池等未能规模化占据动力电池主流市场的原因。
不过,要改变这种基础设置的尺寸,确实挑战性很大,除非电池厂家有足够的订单,目前能够与电池供应商去谈判的车厂也只有特斯拉了,Model 3接近50万的订单就是最大的筹码。