淺談「後18650電池」尺寸更改的經濟性

文︱安富強

毫無疑問，特斯拉（Tesla）的成功極大地促進了國內18650動力電池的蓬勃發展，不僅電池廠持續發力擴產能，同時也帶動了上遊原材料廠、設備供應商，下遊特色Pack生產廠的發展，創造了不少機會，應該是大功一件。

Tesla在公開場合談到超級電池工廠（Gigafactory）投產後要生產20700型號來代替現有18650，這讓國內的很多18650廠，整車廠又一次的「躁動」起來了，設備廠也躍躍欲試，談各種解決方案，講20700的各種優勢，但事實是這樣的嗎，是不是有點「醉翁之意不在酒」？，如果不好好討論，一味的跟隨更改，未必能有好的收益。

首先，我們了解一下相關的背景：

Tesla公開說明選擇20700的優勢：「If the new meets the same life and safety requirements, once it is produced at the same yields and at high volume, it will offer about 3-4 % increase in energy density and a 7 % reduction in cost」，即在達到與18650同樣的良率和產能後，能帶來能量密度增加和成本下降兩個優勢，這從下表中也能得到充分體現。在此前後，Samsung公開開發21700，LG生產20650型號(見下表)。

Hitech Energy 曾有個測算，如果採用新尺寸電池後能量或體積都有很大的改進(下圖)。其次，我們需要初步算下經濟帳：國際上做18650的幾大巨頭都在並行著「後18650電池」的開發和生產，這對國內帶來影響實屬必然，但面對各成體系，各有差異的尺寸，我們似乎很難說出誰是誰非，我們要不要跟，跟誰？

上面的計算但從電池的密集堆積來算，是存在很大出入的。在是否進行調整，不能單單的計算單體電池的體積和能量密度的多寡，國內企業需要考慮以下幾個問題：

1. 單體能量的增加與系統能量增加的差異性

還是以Hitech Energy的計算為例，10S4P的18650和10S3P的21700的能量基本一樣，那我們僅考慮單體的密集堆積進行計算，可以得出：30支21700的體積是40支18650體積的1.1倍，質量則為0.97倍。

(註：21700電池的質量62.8g為按能量密度提高4%後的估算值。)

這僅僅是簡單的從單體的密集堆積角度考慮，在實際設計中還存在三個問題需要進一步核定：

1) 單體電池之間的安全冗餘空間的調整

由於21700 /20700 /20650電池容量的增加在實際PACK設計中需要考慮單支電池安全失控後對周圍電池的影響及問題的可控性，所以需要重新計算電池之間的「安全設計距離」，這個距離肯定要大於18650的(b > a)，這進一步增加了體積。

2) PACK零部件減少帶來的總體質量的下降和成本的下降

採用20700 /21700 /20650後，由於同等能量下，電池數量減少(以21700為例，減少1 /3)，這會帶來整個Pack內部金屬連接件數量的減少，這會進一步降低電池Pack的質量。

同時按Tesla提供的pack的成本佔據總系統成本的 ~ 24% (每年按生產10萬個70 kWh系統的量核算)，那麼零部件的減少對整體成本的降低還是有一些貢獻的。

3) 「無用」空間的「有效」使用問題

在18650系統空間排布中，必定會出現「無用」空間，但這些空間在採用20700 /21700 /20650後可能會得到有效使用。這僅是初判，真實情況取決於整車Pack的空間布局，這對Tesla這種企業是可知的，他們肯定測算過N次，這也是他們所提及的。但對國內18650電池廠而言，面對眾口難調的整車廠，這點是很不確定的，也許更改後「無用」空間會更多。

2. 成本的降低是以量和高良率為前提的

Panasonic、Samsung、LG的18650電池良率一般在98%以上(一次直通率)，而國內的一般控制在90%左右，電池的成本降低是以量和良率的不斷提高為基礎的，下圖為Tesla電池成本的降低圖。這裡面存在的潛在風險是：「Battery cost will go up slightly in 2017 due to high depreciation charges, but larger capacity per cell will neutralize the increase by 2018. However, if the factory is installed and utilization is below, say, 70%, there will be no cost advantage over evolutionary growth, even in 2020」。

另外，對於B品電池(低容，非安全問題電池)的處理也涉及成本的核算，簡單為例按年產1億支電池為例，良率按90%計算，除去過程損耗，一年也有約500萬支的B品。目前18650電池的適配性很強，可以在3C，筆記本領域進行消化，基本能收回成本，但對於20700 /21700 /20650而言，尚沒有形成有效的產業鏈來消化這些電池，這無疑會增加成本。

3. 更改尺寸的前期製備投入

在現有生產線上更改，主要涉及裝配和化成設備更改。如果是半自動線，裝配工序的模具調整需要的投入不大；如果是全自動線，調整帶來的成本增加還是需要考慮的；化成、分容設備，尺寸的調整應該投資不大。

最後，我們考慮系統安全的邊界與單體容量的關聯性

國內26650電池起步也比較早，電池的體積是18650的2倍。如果非要提高容量，我們為何不發展26650，非要捨近求遠？，唯一的問題是單體電池容量增加多少會對安全帶來影響，會不會出現安全與容量關係的「拐點」？，1.3倍就可以，2倍就不行？，這個問題暫時還不好回答，需要進行科學的計算，從Pack角度去評估。

綜合考慮這個問題，在實際中需要冷靜看待：

1.Tesla是例外，電池、系統、整車一體化，全產業鏈覆蓋，可以做到設計的閉環，這與其它企業有根本性的區別，他們可以全面評估更改的利弊，這是國內18650電池廠目前所不具備的。

2.面對20700 /21700 /20650以及國內的26650，我們不能唯「20700」論，需要與戰略整車客戶充分溝通，同時算好經濟成本，B品(低容，非安全問題電池)如何消化，是否有終端客戶？。

3.如果是新建生產線，可以考慮產品尺寸的兼容。

所以在評估尺寸是否調整時需要全方位分析，避免「南橘北枳」。

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