特斯拉的电池日到底在“秀”什么?

发布: | 发布时间:2020-09-24,星期四 | 阅读:21

作者:王训魁

头图来自:TESLA/YOUTUBE

加速世界向可持续能源的转变

作为特斯拉的使命,这句话也成为了特斯拉解释一切的“原理”。

从用户到企业高管,似乎一切的战略、策略、决策都能用这句话解释。小到最近在中国区推动的针对燃油车牌潜在车主的贷款补贴政策,大到特斯拉的专利开放,甚至是今天公布的电池技术研发路径,都可以看做是在扩大电动汽车竞争力,加速取代燃油车。

而这个使命中最关键的词是“加速”,特斯拉似乎是一家不愿按照“正常速度”发展的企业,“加速”是一种常态。

这种“加速感”也体现在了创始人马斯克的“超前发布”之上。在智能和自动驾驶领域,特斯拉紧赶慢赶的完成了算法、系统、甚至是芯片的自研,除了半导体的制造,特斯拉几乎把一个汽车产业链条上的所有软硬件上能力的分工全都大包大揽了。

马斯克的目标更像是建立一个高度垂直整合的公司,就像是像福特汽车早期从铁矿石到汽车生产体系的数字时代版本。

他在智能和自动驾驶领域已经初步完成了垂直整合,形成了完整的数据闭环。回看关于自动驾驶的一系列成果,即便是“跳票”不少,但大部分都兑现了诺言,且不意外的是它始终是那位“行业领先者”,特斯拉的“垂直整合”能力可见一斑。

今天的“电池日”可以说是特斯拉另一个更具里程碑意义的发布会,甚至是特斯拉突破万亿市值的重要能力展望。

表面上,特斯拉试图通过“重新定义电池”解决马斯克口中“真正限制特斯拉成长的”以及“最基础的规模制约”。但特斯拉其实在重新定义“电池体系”的效率,从拥有在动力电池产业链中关键部分的自主研发实力,到“秀”出通过这套新的“集中整合”带来了系统性的创新,特斯拉的更大的野心初显。

电池体系下的“组合创新”

马斯克的终极目标是实现 100% 的纯电交通。而这需要电池的总量变为现在 100 倍,至少需要 10TWh 的生产总量。(1TWh 约等于 1000GWh)总量成长的背后反映的是马斯克推算的电池生产能力的成长速度需要乘上 1600 倍。

目前整个特斯拉 gigafactory 1 的电池产能也仅有 0.15TWh。以目前的规模实现 20TWh 的电池总量,需要 2 万亿美元级别的资金投入,需要 280 万个工作岗位,相当于 135 个 Gigafactory 1 工厂。

所以马斯克认为目前普及电动车仍需解决的问题是:

1. 电池工厂的产能和规模扩张有限。

2. 电池成本下降速度还是太慢。

特斯拉的“自研电池”从电芯设计、电芯工厂、阳极材料、阴极材料、整车制造这五个方面来突破这些瓶颈。

全新 4680 无极耳电池:

为了迅速扩大生产规模、显著降低电芯成本、大幅提升续航里程,特斯拉开发出一款全新尺寸的 4680 无极耳电池,高度为 80mm,直径为 46mm。

无极耳电池与传统锂电池相比,电池两端不再有凸起的极耳。目的是为了降低内阻。无极耳结构使得两极间距缩短,马斯克表示内阻可以降至原来的 1/5,而这个设计可显著降低发热量,解决高能量密度电芯的散热问题,并提高充放电峰值功率。

最终使新电池的能量为过去的 5 倍,功率为过去的 6 倍,同时成本降低 14%,续航里程提高 16%。

原料硅阳极材料:

特斯拉选用储能效果好的生硅材料,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。该技术可增加 20% 的续航里程,同时成本降低 5%。

不含钴的高镍阴极材料:

阴极材料对提升能量密度至关重要,因此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%。

但马斯克在现场透露,磷酸铁锂电池在特斯拉产品中也会大量使用。特斯拉会根据产品的性质不同,运用不同的电池材料。例如未来类似 Semi 和 Cybertruck 会使用更高镍的电池。

全新电芯工厂:

有了全新的电池之后,正对特斯拉大量的电池需求,并不寄希望与合作生产,而是大幅提升自己的电池产能。

所以全新的特斯拉电池生产线的“产能”成为了新的关键要素,有趣的是马斯克说电池产线的灵感来源于两种古老工业:现代印刷业和玻璃瓶工厂。当然,这背后也隐藏着 2019 年 10 月特斯拉秘密收购的加拿大电池制造设备生产商 Hibar 的能力所在。

电池产线主要涉及电极生产、环绕电极片、组装、排列四大工艺。

特斯拉 2019 年收购的 Maxwell 带来了今天的全新干电极工艺。相比原来繁杂的湿式工艺,特斯拉如今使用干粉末压制技术代替。

由于新的 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。但马斯克表示“simple is hard”。更重要的是特斯拉希望以这种“high speed continuous motion assembly 高速连续动态装配”来提升生产效率。

特斯拉表示这条新生产线,设计产能就高达 20GWh,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%,为快速扩张生产规模提供有利条件。

整车制造:

在这套电池体系下,体现特斯拉垂直整合的最好案例就是特斯拉改变了电池与车结合的方式。

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,此结构带来超高强度车身,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,特斯拉专门研发一种前所未有的新配方合金材质,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。

这种类似与 CTC 技术(cell to chassis, 即将电芯集成到底盘)的能力是现有电池厂商和整车企业难以整合的,应为这涉及到两个领域的交叉,而电池厂商则是以效率最大化为基础的,也就是以尽可能的“标品”为基础的,所以正对车企的单独定制并不容易。

最终通过这一系列的“组合创新”,特斯拉带来了“质变”:特斯拉每千瓦时电池成本降低 56%,续航里程提升 54%,投资生产成本下降 69%。

但现场,马斯克强调了这一系列关于电池的技术,特斯拉需要用时约 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。马斯克的这种“超前发布”,不仅是一种“技术自信”,更是在推动产业实现更快速的发展和成长。

同时,基于显著下降的生产成本,特斯拉有信心在三年内开发出一款价格为 2.5 万美元左右的电动汽车。

此外,特斯拉在电池日首次公开搭载全新动力总成的 Plaid Model S。新车型将于明年开始交付,最大功率超过 1100 匹马力,四分之一英里加速时间小于 9 秒,这一成绩已经超越了众多全球的内燃机超级跑车。

“埃隆认为他可以改进供应商做的每件事,每件事。”前特斯拉供应链高管汤姆·维斯纳(Tom Wessner)曾接受采访时说。

执念于垂直整合的公司通常可以为消费者提供成本更低或质量更高的产品。在软件之外,特斯拉开始在电池领域重复这一垂直整合的过程,也许这一道路坎坷艰难,但马斯克来说这样才符合他的商业哲学“第一性原理(First principle)”。

更重要的是,这样往往能“全局”的看见一些原来没有发现或被不明因素干扰的方法,提高体系效率和创造力,这也许才是马斯克“颠覆”背后的基础。


来源:极客公园(ID:geekpark)


 

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