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三年自研自产 特斯拉掀起动力电池革命

作者:中国储能网新闻中心 来源:汽车之家 发布时间:2020-10-02 浏览:
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如果世界不改变,那就改变世界。不知道这是不是马斯克的人生格言之一,但他确实是这样践行的。北京时间9月23日凌晨4点半,特斯拉电池日,一众极客和特粉守在电脑前,等待着技术狂人马斯克,说出改变汽车产业乃至世界的惊人之语。

可能是外界的期待过高,电池日没有掀起太大浪花,反而让特斯拉股价大跌。活动现场,马斯克讲的轻描淡写,观众听的云里雾里。归结一下核心的信息就是:特斯拉要自建电池工厂、自产电池;推出了新一代电池、个头更大;自产的电池成本能下降56%,续航里程能提高54%。不过这一切,还得等上三年才能实现。

三年之后,搭载这款电池的电动车,价格可以降到2.5万美元(约合人民币17万元)。目前,马斯克还没有给这款车命名,只是告诉粉丝们,饼就是这样的,你值得期待。

跨越产能、打破成本

马斯克要做电池,原因很简单,现有的电池产业进步过慢,从产能到价格都不能让他满意,已经严重影响到特斯拉能源革命的进程。

他认为,特斯拉在技术水平上已经领先其他车企一个身位,下一阶段的主要任务是要提高规模和效率。

特斯拉要实现Terawatt-hour的产能跨越。1TWh=1000GWh,这是一个什么概念,2019年全球锂离子动力电池出货量116.6GWh,也就是说,特斯拉要实现推动全球动力电池产能10倍的增长。

除此之外,动力电池价格居高不下,也一直是马斯克的心病。马斯克希望动力电池价格能降到100美元/KWh,这样电动车与燃油车才能在成本上打平。

彭博数据显示,2019年全球电动车的电池成本约为156美元/kWh。如果特斯拉能实现成本降低56%,直接下降一半多,那意味着电动车可能会比燃油车更便宜。

体系化革命

实现这一目标,特斯拉拆解了五个部分。涉及到电芯设计、电池正负极材料、生产工艺、以及整车制造的改进。具体来看:

4680无极耳电池:大尺寸提高动力电池能量密度,无极耳设计降低电池发热量,解决高能量密度电芯的散热问题,并提高充放电峰值功率。新电池的能量为过去的5倍,功率为过去的6倍,成本降低14%,续航里程提高16%。

『4680无极耳电池』

硅阳极材料:选用生硅材料,重新开发电芯阳极,并通过增加弹性的离子聚合物涂层以稳定硅表面结构,提升电芯稳定性和安全性。增加20%的续航里程,成本降低5%。

高镍阴极材料:特斯拉开发出不含钴的高镍阴极材料,最大化提升镍含量,同时采用新的涂层与掺杂物,将阴极成本下降15%。

电芯生产工艺:新型4680无极耳电芯无需安装、焊接极耳,拥有更简化的制造过程和更少的零件。拥有此前生产线7倍的生产能力,可显著提升生产效率,同时每千瓦时产能的投资成本下降75%。

整车制造:特斯拉开发出一种全新的车身架构,将电池包设计为车身结构件,将电池包和车身前后部一体化成型,此结构带来更高强度车身,同时车辆的重量分布也更靠近中心,带来更灵活的操控性。为了实现这一设计,特斯拉专门研发合金材质,加强车身强度。这一车身架构将提升14%的续航里程,将整体结构减重10%,并减少370个零件。

『车身结构改造』

做到这些需要多长时间?特斯拉的回答是,“约18个月才能形成以上优势,而要彻底实现则需花费约三年时间”。

在上述的五个环节中,除了整车制造部分是特斯拉擅长的,而电池工艺、电池材料及生产工艺理论上讲,都不是特斯拉擅长的事,电池改良的技术和人才来自哪里呢?

趋势清晰、落地模糊

梳理特斯拉过往的投资情况,电池的技术支持可能来自三笔关键的投资:专门进行电池材料研究的杰夫·戴恩研究小组(Jeff Dahn Research Group)、电池技术公司Maxwell以及电池制造设备公司Hibar。这三家机构及企业的技术背景分别对应了电池材料研究、电池工艺改进,以及生产工艺改进。

杰夫·戴恩被认为是三元材料技术的开创者和发明者。2015年,马斯克选择资助杰夫·戴恩团队,就是希望其为特斯拉研发寿命更长、成本更低、能量密度更高的锂离子电池。

Maxwell公司的技术核心则在于干电极技术和超级电容技术。2019年5月,特斯拉以2.18亿美元的价格收购电池技术公司Maxwell。

在电池日上,特斯拉声称的电池工艺改良后,能够大幅提升生产效率,其中一部分效果就是干电极技术带来的。相比传统的湿电极工艺,干电极的制作流程不需要进行溶剂干燥步骤,降低了生产成本与时间成本。同时,这种工艺能够制备更厚的电极,一定幅度改善电池的能量密度。

特斯拉对Hibar的收购,在2019年10月被媒体爆料出来。特斯拉追求的是动力电池全生命周期的成本下降,生产也是非常重要的一环。通过对生产设备的改造,以实现进一步降低投资成本、提升生产效率。

『特斯拉自建的一条电池产线』

电池技术收购布局结合自身整车制造经验,特斯拉提出的目标在逻辑上说的通。但是,这一看似令人振奋的消息,却没有让粉丝和股民买账,尤其是动力电池业内人士,对其更是质疑严重。

质疑的核心在于,马斯克对电池技术改进的具体方案含糊其词,只是泛泛的讲了一些思路,而且提到的都不是创新性技术,这些技术趋势几乎所有的电池企业都已经有所关注。而且,从前瞻性技术到规模化量产,还涉及到产品控制问题,一致性、良品率怎么保障,马斯克也没有说法。没有可落地的细节,在业内人士看来,就是在“画饼”。

其实,设置激进的目标,一直是马斯克的工作风格。结合此前的经验来看,马斯克的Flag大多数都会“跳水”,不能如期实现,但最终又都实现了,这说明马斯克具备对趋势的洞见能力。总之,特斯拉电池革命之路任重道远,而一旦实现,无疑将重塑动力电池市场格局。

搅动市场、格局重塑

目前来看,动力电池行业参与者主要集中在中国、日本和韩国,欧洲和美国还没有强有力的参与者。全球动力电池行业正呈现中日韩三足鼎立的格局,行业竞争格局已初步形成,中日韩主要企业各有千秋。特斯拉会打破这一格局吗?

答案是很有可能。而作为全球销量最高的新能源车企,如果特斯拉自研自产电池成功,就不仅是搅动动力电池市场那么简单。如果特斯拉的电池成本与汽车销量形成互为作用力的良性互动,整个新能源汽车市场的格局或许都会改写。

按照SNE Research统计,2020上半年全球前十动力电池企业装机量为40GWh,占全球动力电池装机量的94%,市场集中度进一步提升,其中排名前三名分别为LG化学、宁德时代、松下。

有趣的是,而这全球排名前三家的电池企业,恰恰又都是特斯拉目前的电池供应商。这不是巧合,能够跻身前三甲,在一定程度上,正是受益于特斯拉销量的拉动。

从产品本身看,动力电池正在经历一个技术瓶颈期,所有电池企业都在围绕安全、性能、成本打转转,寻找平衡点。对于前瞻性技术,电池企业也在研究、布局,但目前还没有革命性突破。

例如,宁德时代CTP与比亚迪刀片电池(GCTP)、蜂巢的叠片电池,这些突破主要还是停留在改良生产工艺层次,并没有从根本上改变动力电池的性能。而对于电池性能的技术创新:固态电池、锂硫电池、锂空气电池等方向,多数的研究还处于实验室阶段。

特斯拉也一样没能搞定这些核心技术,不然,电池日就不会显得如此“无聊”。没有实现技术突破,特斯拉打算用体系化革命来达到提效率、降成本的目的,这也是马斯克擅长做的事情。

特斯拉公开秀了秀肌肉,对于动力电池企业来讲,无疑是一声响亮的警报。如果马斯克吹的牛再次实现了,电池企业的护城河是什么呢?在没想清楚这个问题之前,一定有很多人无法安心入睡了。(文/汽车之家 肖莹)

关键字:特斯拉 电池

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