松下电芯技术现状与未来规划

一直以来，特斯拉和松下对其电芯的技术都是密而不宣，很少对外展示。在今年3月份，松下北美能源公司的技术与制造主管Shoichiro Watanabe做了一份报告《Evolution of Battery Technology and Manufacturing at Panasonic》，在这个报告中，他系统回顾了松下在电芯领域的整个研发历程，并重点阐述了当前松下锂离子电芯的技术路线、现状和未来的发展规划，以及电芯的制造管控。

这是我们看到的第一份详细阐述松下电芯技术的材料，这里我们单独把技术现状与规划中的3个方面拎出来，分别为：

·  电芯总体（容量）的迭代

·  正极材料技术的迭代

·  负极材料技术的迭代

在分析这3个方面时，我会把特斯拉同时期的产品对应上来，因为特斯拉在电芯应用上的不断提升，基本就是松下电芯的技术发展过程。

1、电芯容量的迭代

松下从1996年开始在丰田Prius车上推镍氢电池（以PEVE这家公司供），该电池技术一直应用到现在，中间尽管有锂离子电池的方案，但镍氢电池作为混动仍然有很强的市场需求。



从2006-2010年开始，松下开始在汽车领域推它的锂离子电池，特斯拉的首款跑车Roadster就是在这个时间导入进来的，从2006年Roadster 1.0发布，到2007年Roadster 1.5、2009年Roadster 2.0、2010年Roadster 2.5，均是采用的松下电芯。

到2012年特斯拉Model S发布开始，松下在圆柱锂离子电芯领域的发展就与特斯拉的产品更新保持着比较一致的步伐，所以，从下图这张松下圆柱电芯容量的迭代过程，我们也可以反向核对出特斯拉所采用的电芯。



上图中，我们重点关注纵轴的数值即可，这里体现了电芯容量的变化，由于松下对电芯的容进行了归一化处理，我们无法直接看到电芯容量的实际值，但2017年量产的2170电芯，它的容量是比较确定的，为4.8Ah（数据参考：UBS:4.8Ah,a2mac1:4.78Ah，国内某电芯企业：4.8Ah），Watanabe表示，目前应用的是2170的三代产品，容量较（2017年）第一代高出5%以上，换算下来，当前的2170容量取整为5.0Ah，这也符合特斯拉Model 3/Y续航的提升。

通过纵轴的比例关系，我们可以推算出：

对于18650电芯：

·  2011年，电芯容量2.8Ah；

·  2012~2015年，电芯容量3.0Ah；

·  2015~2020年，电芯容量3.27Ah；

·  2020年~，电芯容量3.47Ah；

对于2170电芯：

·  2017~2020年，电芯容量4.8Ah；

·  2020~2023年，电芯容量5.0Ah；

·  2023年~，电芯容量5.76Ah；

根据Watanabe的说法，Model S目前使用的18650电芯处于自2011年以来的第4代；2170电芯处于第3代。

2012年首批上市的60kWh Model S电芯的容量大约是3.0Ah，这个里卡多和宁德时代按照各自测量得到的结果都是这个数值；但在不少的场合，也有标3.2或3.1Ah（推测这些是参考了松下NCR18650B这个电芯的规格，而Model S的电芯更类似NCR18650BE，这个电芯的额定容量是3.0Ah）。

2015年，Model S有一次官方的说明，电芯加入了更多si，续航大约提升了6%，这个算下来，电芯容量大约也提升了6%，但从这个图中，我们推算松下在这个阶段容量最大提升了9%左右。

2、正极材料的技术迭代

在上一个图，坐标的下方，我们能够看到松下显示的一个关键技术即正极钴的不断减少，在2011年，大约15%，2015年，大约10%，2017年，大约5%以内，计划在2023年实现无钴。

这也正是松下正极材料发展一个主要路线，如下图所示：



汽车用动力电芯，以NCA为主，后续超着高镍和高镍+无钴的路线进行迭代；从目前松下的无钴技术指标来看（如下），在寿命、热温度性和首次充放的效率方面已经达到甚至超过了当前它的NCA量产水平，但这是实验室的指标，量产还需要进一步地确认。



储能用动力电芯，以NCM为主，也超着高镍和高镍+无钴的路线进行迭代；

这点与国内三元的发展路线一致。所不同的是松下还在同时研究新的正材结构，目标是实现正极材料达到250Ah/kg。

3、负极材料的技术迭代

负极材料以石墨为主线，分人造石墨和天然石墨，人造石墨用于高比能领域，目前在行的两个方案是石墨+SiO和石墨+Si-C，未来的方案是锂金属负极。



天然石墨应用于高功率领域，目前在行的以天然石墨的含量比优化和对天然石墨表面、结构改进为主。

4  小结

从1994年松下开始生产电芯以来，至今它对电芯的比能已经提高了3倍之多，除了在电芯材料上的优势之外，在过程管控、设备和工艺的开发，也是多年累积的经验所在。这些有望在它将要开发的4680电芯上得到进一步的应用。



松下圆柱的动力电芯，几乎全供给了特斯拉，包括车用的和储能用的。18650电芯已经销售了40亿颗；2170电芯自2017年量产以来，也累计销售了30亿颗。在过去的10多年时间，松下和特斯拉成就了彼此，随着特斯拉在电芯及上游的不断侵入、引入LG化学和宁德时代分摊产能，松下也亟需开辟新的客户和新的电池方案了，比如方形电芯。