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三年自研自產 TSLA掀起動力鋰離子電池革命

鉅大鋰電  |  點擊量:0  |  2022年04月02日  

倘若世界不改變,那就改變世界。不了解這是否馬斯克的人生格言之一,但他實在是這樣實踐的。北京時間九月二十三日凌晨4點半,特斯拉電池日,一眾極客和特粉守在電腦前,等待著技術狂人馬斯克,說出改變汽車產業乃至世界的驚人之語。


可能是外界的期望過高,電池日沒有掀起太大浪花,反而讓特斯拉股價大跌。活動現場,馬斯克講的輕描淡寫,觀眾聽的云里霧里。歸結一下核心的信息就是:特斯拉要自建電池廠、自產電池;推出了新一代電池、個頭更大;自產的電池成本能下降56%,續航里程能提高54%。不過這一切,還得等上三年才能實現。


三年之后,搭載這款電池的電動汽車,價格可以降到2.5萬美元(約合人民幣17萬元)。目前,馬斯克還沒有給這款車命名,只是告訴粉絲們,餅就是這樣的,你值得期望。


跨過產量、打破成本


馬斯克要做電池,原由很簡單,現有的電池產業進步過慢,從產量到價格都不能讓他滿意,已經嚴重影響到特斯拉能源革命的進程。


他認為,特斯拉在技術水平上已經領先其他車企一個身位,下一階段的緊要任務是要提高規模和效率。


特斯拉要實現Terawatt-hour的產量跨過。1TWh=1000GWh,這是一個什么概念,2019年全球鋰離子動力鋰離子電池出貨量116.6GWh,也就是說,特斯拉要實現推動全球動力鋰離子電池產量10倍的上升。


除此之外,動力鋰離子電池價格居高不下,也一直是馬斯克的心病。馬斯克希望動力鋰離子電池價格能降到100美元/KWh,這樣電動汽車與燃油車才能在成本上打平。


彭博數據顯示,2019年全球電動汽車的電池成本約為156美元/kWh。倘若特斯拉能實現成本降低56%,筆直下降一半多,那意味著電動汽車可能會比燃油車更便宜。


體系化革命


實現這一目標,特斯拉拆解了五個部分。涉及到電芯設計、電池正負極材料、加工工藝、以及整車制造的改進。詳盡來看:


4680無極耳電池:大尺寸提高動力鋰離子電池能量密度,無極耳設計降低電池發熱量,處理高能量密度電芯的散熱問題,并提高充放電峰值功率。新電池的能量為過去的5倍,功率為過去的6倍,成本降低14%,續航里程提高16%。


『4680無極耳電池』


硅陽極材料:選用生硅材料,重新開發電芯陽極,并通過新增彈性的離子聚合物涂層以穩定硅表面結構,提升電芯穩定性和安全性。新增20%的續航里程,成本降低5%。


高鎳陰極材料:特斯拉開發出不含鈷的高鎳陰極材料,最大化提升鎳含量,同時采用新的涂層與摻雜物,將陰極成本下降15%。


電芯加工工藝:新型4680無極耳電芯無需安裝、焊接極耳,擁有更簡化的制造過程和更少的零件。擁有此前加工線7倍的加工量力,可顯著提升加工效率,同時每千瓦時產量的投資成本下降75%。


整車制造:特斯拉開發出一種全新的車身架構,將電池組設計為車身結構件,將電池組和車身前后部一體化成型,此結構帶來更高強度車身,同時車輛的重量分布也更靠近中心,帶來更靈活的操控性。為了實現這一設計,特斯拉專門研發合金材質,增強車身強度。這一車身架構將提升14%的續航里程,將整體結構減重10%,并減少370個零件。


『車身結構改造』


做到這些要多長時間?特斯拉的回答是,“約18個月才能形成以上優點,而要徹底實現則需花費約三年時間”。


在上述的五個環節中,除了整車制造部分是特斯拉擅長的,而電池工藝、電池材料及加工工藝理論上講,都不是特斯拉擅長的事,電池改良的技術和人才來自哪里呢?


趨勢清晰、落地模糊


梳理特斯拉過往的投資情況,電池的技術支持可能來自三筆關鍵的投資:專門進行電池材料研究的杰夫·戴恩研究小組(JeffDahnResearchGroup)、電池技術公司Maxwell以及電池制造設備公司Hibar。這三家機構及公司的技術背景分別對應了電池材料研究、電池工藝改進,以及加工工藝改進。


杰夫·戴恩被認為是三元材料技術的開創者和發明者。2015年,馬斯克選擇資助杰夫·戴恩團隊,就是希望其為特斯拉研發壽命更長、成本更低、能量密度更高的鋰離子電池。


Maxwell公司的技術核心則在于干電極技術和超級電容技術。2019年五月,特斯拉以2.18億美元的價格收購電池技術公司Maxwell。


在電池日上,特斯拉聲稱的電池工藝改良后,能夠大幅提升加工效率,其中一部分效果就是干電極技術帶來的。相比傳統的濕電極工藝,干電極的制作流程不要進行溶劑干燥步驟,降低了加工成本與時間成本。同時,這種工藝能夠制備更厚的電極,一定幅度改善電池的能量密度。


特斯拉對Hibar的收購,在2019年十月被媒體爆料出來。特斯拉追求的是動力鋰離子電池全生命周期的成本下降,加工也是非常緊要的一環。通過對加工設備的改造,以實現進一步降低投資成本、提升加工效率。


『特斯拉自建的一條電池產線』


電池技術收購布局結合自身整車制造相關相關相關經驗,特斯拉提出的目標在邏輯上說的通。但是,這一看似令人振奮的消息,卻沒有讓粉絲和股民買賬,尤其是動力鋰離子電池業內人士,對其更是質疑嚴重。


質疑的核心在于,馬斯克對電池技術改進的詳盡辦法含糊其詞,只是泛泛的講了一些思路,而且提到的都不是創新性技術,這些技術趨勢幾乎所有的電池公司都已經有所關注。而且,從前瞻性技術到規模化量產,還涉及到產品控制問題,一致性、良品率怎么保障,馬斯克也沒有說法。沒有可落地的細節,在業內人士看來,就是在“畫餅”。


其實,設置激進的目標,一直是馬斯克的工作風格。結合此前的相關相關相關經驗來看,馬斯克的Flag大多數都會“跳水”,不能如期實現,但最終又都實現了,這說明馬斯克具備對趨勢的洞見能力。總之,特斯拉電池革命之路任重道遠,而一旦實現,無疑將重塑動力鋰離子電池市場格局。


攪動市場、格局重塑


目前來看,動力鋰離子電池行業參與者緊要聚集在我國、日本和韓國,歐洲和美國還沒有強有力的參與者。全球動力鋰離子電池行業正呈現中日韓三足鼎立的格局,行業競爭格局已初步形成,中日韓緊要公司各有千秋。特斯拉會打破這一格局嗎?


答案是很有可能。而作為全球銷量最高的新能源車企,倘若特斯拉自研自產電池成功,就不僅是攪動動力鋰離子電池市場那么簡單。倘若特斯拉的電池成本與汽車銷量形成互為用途力的良性互動,整個新能源汽車市場的格局或許都會改寫。


按照SNEResearch統計,2020上半年全球前十動力鋰離子電池公司裝機量為40GWh,占全球動力鋰離子電池裝機量的94%,市場聚集度進一步提升,其中排名前三名分別為LG化學、寧德時代、松下。


有趣的是,而這全球排名前三家的電池公司,恰恰又都是特斯拉目前的電池供應商。這不是巧合,能夠躋身前三甲,在一定程度上,正是受益于特斯拉銷量的拉動。


從產品本身看,動力鋰離子電池正在經歷一個技術瓶頸期,所有電池公司都在圍繞安全、性能、成本打轉轉,尋找平衡點。有關前瞻性技術,電池公司也在研究、布局,但目前還沒有革命性沖破。


例如,寧德時代CTP與比亞迪刀片電池(GCTP)、蜂巢的疊片電池,這些沖破緊要還是停留在改良加工工藝層次,并沒有從根本上改變動力鋰離子電池的性能。而有關電池性能的技術創新:固態電池、鋰硫電池、鋰空氣電池等方向,多數的研究還處于試驗室階段。


特斯拉也相同沒能搞定這些核心技術,不然,電池日就不會顯得如此“無聊”。沒有實現技術沖破,特斯拉打算用體系化革命來達到提效率、降成本的目的,這也是馬斯克擅長做的事情。


特斯拉公開秀了秀肌肉,有關動力鋰離子電池公司來講,無疑是一聲響亮的警報。倘若馬斯克吹的牛再次實現了,電池公司的護城河有什么呢?在沒想清楚這個問題之前,一定有很多人無法安心入睡了。(文/汽車之家肖瑩)


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