特斯拉:重新定义电池和电池制造

· Sep 23, 2020

今天又是汽车圈的「春晚」,因为特斯拉的「电池日」终于来了。

不得不说,特斯拉 CEO 马斯克真的是一个平平无奇的营销小天才。电池日从今年的 5 月一直说到现在,如果是其他人,吊胃口吊这么久,估计早就凉透,无人问津了,但是特斯拉不仅活动没凉,反而在热度上更上一层楼,估计全世界的目光都被集结过来了,强还是马老板强。

不过,马斯克可能觉得期望值拉太满了,索性在发布会之前,提前打预防针,降低预期:

「Important note about Tesla Battery Day unveil tomorrow. This affects long-term production, especially Semi, Cybertruck & Roadster, but what we announce will not reach serious high-volume production until 2022.」

有关明天将要揭幕的特斯拉电池日需要注意的是,发布的内容将会影响我们的长期生产,特别是对于 Semi、Cybertruck 和 Roadster 车型,不过它需要到 2022 年才能实现真正大批量生产。

但是不管怎么说,弓无回头箭,且看这次马斯克又会带来怎样的 show。

首先,我们还是进入了 Elon time,原定于凌晨 4:30 开始的电池日,硬是拖到了 4:41。

虽然美国新冠疫情非常严重,但是粉丝们的热情还是无人能敌,现场是这样,像极了汽车影院:

5:08 马斯克上线,例行的感谢粉丝的支持环节,众车主们鸣笛回应,场面十分喜感:

跳过无聊的股东大会陈述时间,我们直接进入电池日:

4680 电芯

现在,特斯拉带来了更大尺寸的电池:4680(即直径 46mm,长度 80mm),带来的优势是:能量较之前提升 5 倍,续航里程提升 16%,成本降低 14%。

特斯拉表示,新的电池目前正在试生产中,试验规划产能为 10GWh, 需要一年时间来达到这个产能。

虽然我们看到这些数字觉得触动不大,但是 这些参数增长背后,是特斯拉在电池生产过程中每一环创新的累加。

接下来,从电池生产的每一个步骤,我们来细看特斯拉都做了哪些创新:

电芯设计:每千瓦时电池成本降低 14%

首先还是从设计层面说起,这是圆柱电芯的基本构造,你能够看到有正负极、隔膜、绝缘件,壳体等组成部分,特斯拉的圆柱电芯都是如此:

此前通过将 18650 电芯的尺寸升级到 2170,特斯拉把电池能量提升了 50%:

就像刚说的,现在这个电芯又变大了,成为 4680。为什么是 4680?特斯拉这样解释道:「我们设定了一些关键指标,包括可以带来多少续航里程的提升以及成本的降低,最后我们在直径 46mm 这个位置找到了最佳平衡点」。

但是,随之带来的挑战就是超充,但是特斯拉发明了一种「无极耳」技术,从根本上解决了热量问题,使之能够做到成本最低,同时制造更简单。

这就是那个「Tablet」:

这些创新叠加在一起,就有了这个 4680 电芯:能量较之前提升 5 倍,续航里程提升 16%,成本降低 14%。

电芯工厂:每千瓦时电池成本降低 18%

既然电芯设计好了,现在就进入正式的生产环节。

电池生产初始会有「混」、「涂」、「烘」三个步骤。「混」就是将电极活性材料、粘结剂、溶剂等混合在一起,充分搅拌分散后,形成浆料。「涂」即将浆料涂在铝箔上,然后再经过高温烘烤干燥。

在新电芯的生产过程中,特斯拉并没有采用传统的湿法工艺,而是用到来自 Maxwell 的干电极技术。

简单回顾一下这家公司。2019 年 2 月,特斯拉宣布收购 Maxwell。这家公司所能提供的就是干电极技术,它家的干电极技术可以把电芯能量密度提升至 300Wh/kg 以上,未来有可能进一步增加至 500Wh/kg。同时 Maxwell 称,在经过 1500 次循环充放电之后,其电池依然拥有 90%的容量。

显然,在新的电芯中引入 Maxwell,也意味着特斯拉自研电池已经取得了相当大的进展。

在这里,特斯拉用到了这样一句话:It’s actually very hard to do what appears to be a simple thing(看起来很简单的事情其实很难做到),「随着规模的扩大,从基准测试到实验室测试,再到批量生产。实际上,你在每一层都会遇到重大问题」。

同时特斯拉表示,还将会对机器上进行 6、7 次的优化。「当进行大规模生产,机器优化速度会非常快,每三四个月就会迭代一次,与此同时,还会在其他工艺步骤上不断创新。」

不断追求极致和卓越,这就是特斯拉。

接下来是组装,特斯拉的电池生产线 1 条组装线产能能够达到 20Gwh,单线产出提升 7 倍。这个效能非常恐怖。

特斯拉表示,其目标是使得这样一个电池工厂产能能够达到 5-10 个其他电池工厂的产出。

不过即便如此,马斯克表示,依然会采购来自供应商松下、LG 化学以及宁德时代的电池,此举将允许特斯拉制造更多的汽车以及储能装置。

到 2022 年,特斯拉电池产能要达到 100GWh,2030 年达到 3TWh。

正极材料:每千瓦时电池成本降低 7%

特斯拉把正极比做是书架,其中的镍、钴、锰、铝是架子,而锂则是上面的书。

其中镍的价格最低但是能量密度最高,这也是电池行业追求高镍的原因,而钴则是一个非常稳定的「书架」,用来承载「锂书」。 使用新型的涂料以及掺杂剂,特斯拉把每千瓦时的成本降低了 15%。

同时,为了保证原材料供应,特斯拉想到的战略是:三路并存。

其中,铁电池主打长寿命,用于低端车型(比如低价位 Model 3)以及储能装置;现有的三元电池供应高端车型(比如 Model S/X);至于高镍电池,则供应电池大户 Cybertruck 皮卡和 Semi。

这些布局都是出于成本、安全等多方位考量。

此外特斯拉还打算搞回收业务。

负极材料:每千瓦时电池成本降低 12%

提升的秘诀来自硅。特斯拉在电池材料中引入了这种元素,使得电动车续航里程提升 20%。

车电整合:每千瓦时电池成本降低 7%

不知道大家还不记得,今年 Q2 特斯拉财报中特斯拉展示了这样一张照片:

车身制造上,Model Y 的一大调整是以 2 个大型压铸件组合而成的后车身取代了多达 70 个零部件拼接而成的后车身。

这个步骤其实是为了下一步做准备——电池直接上车。这样做的好处在于,没有中间结构件,可以在车上放置更多的电池组,减少 10%的车身重量,续航里程提升 14%,零件数目减少 370 个。效果图如下:

特斯拉将之称为「未来所有电动车终极制造方式。」

为了提升电池能量密度,国内的宁德时代和比亚迪分别提出了 CTP 电池和刀片电池,其原理都是跳过电池单体到电池模组的步骤,直接将电池单体组装为电池组。

现在,特斯拉来了个电池直接上车,再次把同行远远甩在身后。Less is More,这才是真正的工程魔法。

叠加每一个步骤的创新之后,最终特斯拉把电池成本降低了 56%。

听到这里,你可以还是没有太大的感觉,It’s ok,毕竟实践是检验真理的唯一标准。特斯拉带来了 Model S Plaid 版本,不仅仅是性能炸裂,续航同样炸裂:EPA 续航超过 520 英里(约合 830 公里,如果按 NEDC 续航来看,超过 1000 公里问题不大),0-96 公里加速在 2 秒内。新车已经可以开始预定,2021 年开始交付。

再一次把其他电动车按在地上摩擦。

在电池成本降低 56%之后,那款 2.5 万美元(约 17 万人民币)的电动车终于要来了,不过马斯克表示新车型尚未命名,需要 3 年甚至更长时间才会推出。

小结

以上,就是电池日关于电池技术的全部内容。怎么说呢?看的非常过瘾。我基本上是熬了一个通宵去等候这个汽车圈的大新闻,确实没有辜负期待。

首先,特斯拉自产电池这个事情算是正式落地,明年要做到产能 10GWh;第二,特斯拉电池供应体系会有更明确的划分;低端使用铁电池、中高端使用现有三元电池;用电大户使用高镍电池。第三,探索出「未来电动车终极制造方式」,电池直接上车。

虽然上面提到的这些创新和改进更多的集中在生产制造以及工艺方面,未超脱出电化学体系范畴,但是电池成本依然降低了 56%,这个表现着实让人刮目相看。这次电池日上,此前所宣称的百万英里电池并未露面,也就是说,又跳票了。但是,依然值得期待,这依然会是特斯拉的一大杀招。

垂直整合,小步快跑,坚持创新,这些都是特斯拉保持常胜的秘诀。当其他企业以为可以追上特斯拉的时候,特斯拉又轻松地将所有人甩在身后,这就是压制。

文末,我还是想提出我之前的那个忧虑:按照现在特斯拉这个趋势下去,未来其他车企还能追赶得上么?

当然,还是要再强调一遍:今天特斯拉发布的所有内容,都是期货……

0


Related Posts 相关文章

发表评论

电子邮件地址不会被公开。 必填项已用*标注