马斯克官宣电池革命!特斯拉推出全新无极耳电池,未来续航里程拉升54%、成本降56%

发布: | 发布时间:2020-09-23,星期三 | 阅读:56

作者: REN、凌晨、小贤

这是特斯拉历史上最激动人心的日子。经过近半年的苦等,特斯拉的新电池来了。

北京时间 9 月 23 日凌晨 4:45,特斯拉股东大会暨电池日活动揭幕。特斯拉在发布会上带来了全新的 4680 无极耳电池,经过几年的酝酿,特斯拉再一次在核心的电池领域放出大招。马斯克认为,这一新的电池设计将进一步提升电池能量密度,降低成本,最终突破电动车的产品、市场瓶颈。

新的电池产品将在 2022 年开始生产。特斯拉 22 日股价下跌 5.6%,在发布会结束的时间点,特斯拉盘后股价继续下跌超过 6%。

由于疫情影响,特斯拉开创了全新的活动形式,在位于美国加州的大会现场像汽车影院一样,每个线下参会者都坐在 Model 3/Y 里,以确保会议过程中参会者之间保持社交距离。发布会全场以汽车喇叭代替了鼓掌。

图 | 股东大会现场

作为全球纯电动车的代表公司,特斯拉在今年股价一路高歌猛进,来到 400 多美元,市值来到约 4000 亿美元。

新能源潮流席卷全球的这几年,特斯拉风暴强势刮过全球汽车产业,在事实上已经改变了传统汽车市场的走向,百年车企转向新能源、智能化,一众造车新势力接连露头。

诚然,现在的动力电池格局已经和之前有着天翻地覆的变化。包括宁德时代在内的电池厂商在全球市场上都已经成为绝对的头部公司,加入到了汽车这个万亿市场当中。

在电动化已经不可逆的今天,特斯拉的一举一动都将会对整个行业产生影响,而电池日则是特斯拉今年最重要的一次活动,马斯克甚至称电池日是特斯拉历史上最重要的事。

电池性能提升惊人

马斯克表示,电动汽车的市占率已经来到了一个瓶颈,突破这个瓶颈需要电池领域的真正创新。

在发布会上,特斯拉正式发布了 4680 全新尺寸的无极耳电池。

图 | 4680 电池

长度增加,直径变大,4680 电池意味着电芯的直径将达到 46 毫米,长度为 80 毫米。相比之下,目前特斯拉 Model 3 使用 2170 电池直径为 21 毫米,长度为 70 毫米。尺寸的改变,让 4680 电池能量密度较之前增加 5 倍,增加 16% 的续航,单芯容量为之前的 6 倍。

从最早 Model S/X 搭载的 18650 电池到 Model 3 搭载的 2170 电池,特斯拉在通过“大圆柱”达到提升电池能量密度、降低电池成本的目的。但在 2170 之后,特斯拉在数年时间里都未再更新自己的电池设计。

而在今天,特斯拉一举将电芯的直径和长度双双提升。

“64 毫米直径是一个最好的尺寸,但电池变大会带来散热的问题,所以我们要减少电池的产热。”马斯克在会上表示,“我们要做的是,降低每千瓦时的成本,同时提升能量密度。这个是需要工程和制造环节的创新,来让我们的电池更加便宜。“

更大的电池尺寸、无极耳电池设计或将引领动力电池的新一波潮流。通过采用大电芯方式,降低成本,提高集成效率,提升体积能量密度和重量能量密度。

在尺寸的变化之外,无极耳电池是特斯拉放出的另一个大招。

所谓极耳,就是从电芯中将正负极引出来的金属导电体,换句话说,它是电池正负两极在进行充放电时的接触点。电流必须流经极耳才能与电池外部连接。

极耳是电芯中的重要金属导体,但是它会增加电芯的内阻,让电池充电时热量过高,影响电池寿命,也带来安全性问题。

本次特斯拉推出的无极耳电池,电子流通距离更短,让能量密度更高,散热效果更好。

其实在今年 5 月,特斯拉就首次披露“无极耳”电池专利,核心思路就是通过正负极集流体与盖板/壳体直接连接,成倍增大电流传导面积、缩短电流传导距离,最终的目的就是降低电池的内阻,达到马斯克所说的减少电池发热量的目的。通过这一做法,电池的直径可以变得更大,提升能量密度。

在专利申请中,特斯拉解释了传统极耳电池的局限性:“当前的电池使用卷式设计将多层材料压成薄片之后再卷起来,塞进一个圆柱形的微型容器里,将阴极、阳极和隔板卷在一起,通过阴极耳和阳极耳连接到电池容器的正极和负极。

这个过程中,电流必须流经这些极耳才能到达电芯外。但是,当电流在往外跑的过程中,电阻也会随着距离的增加而提高。此外,由于极耳是额外的零件,因此增加了成本并带来了制造难度。”

根据此前 Eletrek 的报道,特斯拉目前正在弗里蒙特建造一条试验生产线,大批量生产无极耳电池。据知情人士透露,特斯拉也正在从试点生产线中进行学习,未来将自己打造能够量产无极耳电池的设备。

目前在内华达州的工厂生产线上,在 2018 年实现了 150Gwh 的电池产能。特拉斯的目标是,到 2030 年,实现 3Twh 产能。

多项创新组合,或将电池成本降低 56%

在电池日的前一天,马斯克发推文表示,“特斯拉电池日的重要通知:(新技术)会影响长期生产,尤其是 Semi 卡车,Cybertruck 皮卡和 Roadster 跑车,但我们宣布的新内容要到 2022 年才能实现真正的量产。”

特斯拉现在已经有了自己研发的制造工厂和机器,下一步就是自研电池,目标是将每 KWh 的费用减低 50% 以上。

为了实现这一目标,特斯拉在五个大方向进行了努力:电池设计,电池制作工艺,阳极材料,阴极材料和车体整合。

第一个电池设计环节就是上文提到的无极耳电池。特斯拉表示,仅仅是电芯环节的尺寸改变,每千瓦时的制造成本就能直接降低 14%。这仅仅是降低电池制造成本的其中一部分。

下一步是改良电池制作工艺。传统制作工艺需要将材料粉末放入溶液中,再进行干燥和擀膜。特斯拉表示自己正在尝试全新的制作工艺,彻底跳过加入溶液的步骤,直接用粉末擀磨成薄膜。

目前这项技术已经接近成功,可以满足少量的试生产,但还不具备量产能力,尚需要技术上的迭代和进步。如果成功,将带来 18% 的成本降低。

第三个方向是改进阳极材料。特斯拉表示现有产品使用的硅处理技术太有“技术含量”了,推高了使用成本。

他们希望使用最原始的硅材料,不经任何加工,直接运到电池工厂,再对其表面进行加工,就可以用来设计和制作电池阳极。这样可以节省大约 5% 的成本。

在电池阴极上,特斯拉首先提出改良金属成分配比,最终目标是彻底移除钴,转而采用三分之二的镍和三分之一的锰,实现最佳的电池性能。

其次还有阴极制备过程改良,简化非常复杂的中间过程,只用水和金属材料。最终有望让整体投资减少 66%,运行成本下降 76%,水资源零浪费,完全循环使用。

马斯克看来,电池能量密度的提升将经历三个阶段:从铁材料,到硅和锰,最终是提高镍含量。

图 | 电池组与车架融合

最后的车体整合环节,特斯拉发明了新的铝合金材料,可以支撑车尾组件整体压铸。还包括改良电池组结构,移除了单个电池单元之间的多余材料,减少了 370 个零件,可以减轻 10% 的质量,有望提升 14% 的里程。

如果上面所有的新技术和新改良手段都能实现,特斯拉电池的里程将提升 54%,每 KWh 费用将降低 56%,每 GWh 产能的投资将下降 69%。

最终,新技术将帮助特斯拉压低成本,推出售价 2.5 万美元的家用轿车。马斯克希望在不久的未来,新型电池技术的汽车至少将取代地球上汽车总数的百分之一,也就是十亿辆。

图 | 特斯拉工厂

特斯拉的扩张野心

在活动中,马斯克津津乐道于特斯拉上海超级工厂 15 个月的高速建设周期。这是中国第一家由外资企业百分百占股的汽车生产厂。

马斯克表示,特斯拉很快将建立三所新工厂,在欧洲、美国本土布局,此外上海工厂也将进行二期扩建。他的最终愿景是,在每一个大洲都有特斯拉工厂。

在疫情影响之下,特斯拉在 2020 年的业绩依然会保持增长,目前已经达到 30%-40% 的业绩增长。

在车型更新上,在当前版本停留已久的 Model S 将推出新版,Model S Plaid 目前已经开始接受预定,售价 13.4 万美元起。

图 | Model S Plaid

特斯拉还提到,去年发布的电动皮卡 Cybertruck 目前订单量超过 60 万辆,未来预计年销量约为 25 万-30 万台。

在降低售价方面,目前最低版的 Model 3 在美国售价为 3.8 万美元起,基于新的电池技术,马斯克表示,未来三年内,生产出 2.5 万美元的轿车,甚至是跑车。在最后的问答环节,马斯克透露,将在柏林生产新型电池。

图 | 发布会现场

在推出自研电池之后,特斯拉与现有动力电池供应商之间的关系也受到了广泛关注。

马斯克在发布会前就表示,特斯拉打算增加从松下、LG 和宁德时代等其他可能的合作伙伴那里增加电池购买量。“即使我们的电池供应商以最快的速度发展,我们仍然可以预见,除非我们自己采取行动,否则 2022 年及以后的(电池)供应仍将严重短缺。”

尽管如此,特斯拉作为一家能源公司将在电池路线上走出自己的路线。

一直以来,尤其是在关键环节上,特斯拉都倾向于“能自己动手就不向别人采购”的做法,掌握自主权。如特斯拉早在 2004 年就让锂电池专家、前特斯拉 CTO JB Straubel 组建了电池团队,超前的布局和在电化学上的高投入,让特斯拉的动力电池技术有着明显的优势。

在自动驾驶方面,特斯拉坚持自己动手开发软件。尽管向供应商采购了摄像头、毫米波雷达和超声波雷达等硬件,但特斯拉不要供应商提供的配套算法,而是自主研发,让众多软硬件一体供应商变成纯硬件供应商

现在,自研电池的量产被提上日程,特斯拉最终还是要在这新能源时代,以及马斯克所说的能源可持续的时代,将主动权牢牢抓在自己手中。


来源:DeepTech深科技


 

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