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自研电池出炉特斯拉豪赌下一个十年

2020-10-18 04:57    来源:未知    

  美国当地时间9月22日下午5点,特斯拉总部帕洛阿托的停车场内,停放着近百辆特斯拉汽车,车内乘员不时鸣笛,向对面舞台上发言的马斯克致意。这是新冠疫情下,特斯拉的股东大会和电池日发布会现场。

  2003年成立至今,特斯拉已经售出超过百万辆汽车,市值也登顶全球车企第一。但马斯克加速世界向可持续能源转变的宏大愿景,显然无法由此支撑。

  在二季度的财报电话会上,马斯克说,他的目标是只要微薄利润,从而让更多人都能以低成本拥有电动汽车。而在今天的电池日发布会上,马斯克的承诺在进一步兑现。在特斯拉3.5万美元的基础售价之下,马斯克表示,特斯拉售价将进一步下探,将在未来3年,推出2.5万美元的电动汽车,生产汽车数量达到2000万辆。而做到这一切的核心正是自研电池。

  倍受期待的电池日结束后,特斯拉收盘价应声跌落5%。有分析师表示,这是因为特斯拉此前预热的100万英里(160万公里)循环寿命电池没有如期发布。

  不同于计算机和制造工业,在电池这个进展缓慢的电化学技术体系内,变革者特斯拉的自研电池也没有推出性的技术。但在正负极材料、生产制造工艺,以及电池尺寸、模组和Pack等结构设计上,特斯拉依然给出了可观的改进方案。

  首先在电池设计上,特斯拉自研电池的武器是是做大体积,将尺寸在此前的2170(21为直径210mm,70为高度70mm)升级为4680。尺寸增加,容量和性能都随之升级,据特斯拉现场公布的信息,4680 电池能量密度较之前2170电池增加 5 倍,增加 16% 的续航能力,单芯容量是之前的6倍。

  但电池尺寸增加会带来一个难题。极耳是连接正负极材料到电池输出端的关键零部件,如果电池尺寸加大,电流就必须通过过较长路径(极耳-电极板-电极活性材料)进行传输,这会增加电芯的内阻,使电池充电时热量高过。

  简而言之,电池尺寸加大,电阻增加,散热量增加,从而影响电池寿命、安全性等。而采用无极耳的电芯,则可以降低电池内阻,解决电池充电发热问题,并缩短充电时间。今年 5 月,特斯拉披露了“无极耳”电池专利,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,实现降低电池的内阻的目的。

  特斯拉在电池尺寸加大后,正是借助无极耳技术,将电池性能提升,同时做到每千瓦时的成本降低14%。此前外媒 Eletrek曾报道,特斯拉正在弗里蒙特建造一条电池试验生产线,大批量生产无极耳电池。

  而在生产制造工���方面,特斯拉的干电极技术没有再雪藏,正式公布于众。2019 年2月,特斯拉宣布以2.18 亿美元溢价55%收购Maxwell。Maxwell 的核心技术包括干电池电极技术和超级电容驱动的能源储存业务。

  但这次发布会上,只有干电技技术的应用发布。特斯拉将应用干电极技术对电极设计进行创新,公司将通过干电极技术将粉状的正负极材料压实成膜,可以实现10倍的工序简化。

  在电池的组装和定性等生产工艺上,特斯拉也将借助一体化设计,实现连续性组装,以及借助电子系统,节省生产成本和程序。

  电池设计、生产制造工艺之外,特斯拉也对正负极材料应用进行了改进。在电池正极上,马斯克认为大量使用硅材料,会增加成本。

  “硅会膨胀,同时硅和隔膜会凝结成凝胶状,需要用氧化硅或者硅纳米材料等材料来抑制膨胀。”马斯克说,特斯拉将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,同时降低成���降低5%,到1.2美元/KWh。”

  特斯拉将在北美建立正极生产工厂,并建立锂转换工厂。马斯克说,锂是全世界广泛可用的资源,仅内华达州的锂储存量就能让美国所有车辆变成电动车,目前公司已经获得美国内华达州一个1万英亩的锂矿开采权。

  而在电池负极上,特斯拉计划的改良金属成分配比,最终移除成本高昂、产量稀缺的钴元素,向高镍比例转换,采用三分之二的镍和三分之一的锰,同时采用新的涂层与掺杂物,将阴极成本下降15%。

  经过材料、设计和工艺三大方向的改良,特斯拉自研电池的整体成本可下降56%,而从成本变化曲线来看,呈现出快速优化趋势。在此基础上,特斯拉2.5万美元的车型应运而生,“2.5万美元的车型会应用这些电池技术,我们要让更多人买得起电动车。”

  电池是电动汽车的核心零部件之一,长期占据电动汽车近一半BOM(物料)成本。不断降低电池售价,也被视为电动车与燃油车行业抗衡的关键筹码。

  马斯克也在本次电池发布会上多次强调,特斯拉自主研发、生产电池的两大宗旨:更低的成本,更高的能量密度和续航里程。

  更何况,在马斯克的规划中,该公司将在3年后生产2000万辆汽车。上海的特斯拉工厂是特斯拉唯一全资海外工厂,也被马斯克寄予了百万辆年产能的希望,如今,该工厂的年产能为15万辆。德国柏林的工厂也正在拔地而起。

  “我们要在全球每个大洲都设置工厂,至少一家。”马斯克说,不断增长的制造体系内,马斯克对效率提出了明确要求,“我们要让一辆车从订购到交付的流程,越短越好,供应链越短越好。这对汽车公司非常重要,交付周期越短,支付周期越短,流动性越好。“

  伴随制造体系不断壮大,特斯拉的产品矩阵也在形成,有高端车型Roadster、Model S和X,也有平价车型Model 3和Model Y,以及能量密集型车型Semi半挂卡车和皮卡Cybertruck。马斯克在现场透露, 去年发布的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。”

  电池需求量不再是以GWh为单位,而是TWh,两者差距1000倍。据特斯拉现场公布的规划,除了从松下、LG和宁德时代等合作方处采购,仅特斯拉自主生产的电池在2022年要达到100GWh,2030年是3TWh(3000GWh)。

  “未来公司需要10TWh的电池,小型车/Robotaxi需要1500GWh,紧凑型、中档车需要3500Gwh,豪华车、SUV需要900GWh,皮卡需要1100GWh,卡车3000GWh。”马斯克说。这是什么概念?2018年,特斯拉和松下在内华达州的生产线GWh 的电池产能。

  “即便我们的电池供应商(松下、LG、宁德时代等)全速前进,我们预计在2022年,依然会出现电池短缺,除非我们自己行动起来。”马斯克在社交媒体上表示。

  特斯拉对自研电池的筹备,甚至比2016年开始自主研发芯片更早。早在2004年,锂电池专家、前特斯拉 CTO JB Straubel 就已经组建电池团队,在电化学上提前投入。

  有从业十余年汽车供应链高管告诉36氪,在特斯拉和松下的电池生产合作中,特斯拉已经强势介入,掌握了电池原材料配方。LG化学向特斯拉中国工厂的供货合作中,特斯拉也要求前者参照松下的电池CAP(电池帽)设计标准,以增加更多电芯容量。

  “如果车价向上溢价出现困难,那么向制造链条要利润是必然选择。”上述高管向36氪评论。而从全球电动汽车行业来看,身披智能化光环的特斯拉也不得不持续下探价格,才能攫取更多市场。在中国市场内,特斯拉的起售价已经从37万元人民币,通过本地化生产,降低至27万元,而在欧洲,由于没有本土生产体系支撑,特斯拉的销量在7、8月份遭遇滑铁卢,较去年下滑超70%。

  价格下探,毛利空间收缩,对特斯拉的商业路径是个考验。36氪此前多次分析,特斯拉依靠智能化投入支撑品牌溢价,继而大规模出货,摊薄研发费用,实现盈利。但即便斩获高达25%的整车毛利,在投入5%的研发和10%的渠道费用之后,特斯拉只能堪堪维持盈利。全球第一的科技公司市值背后,实际上难掩制造业利润结构的尴尬。这是马斯克高度介怀的。

  “长远来讲,我认为传统企业产业可能就不存在了。”马斯克在发布会问答环节直言,“可持续能源对环境更好,还能回馈给电网,可以将盈利能力兼得。”

  因此,不难理解,即便如今三元锂电池单芯的成本已经下降至0.7元每瓦时左右,特斯拉依然要向下榨取约20-30%的下探空间。这是特斯拉向化石能源的下一个进攻武器。

  “原型车做起来很难,但是要实现批量化生产,这个难度是成百上千倍。”马斯克说。特斯拉不光一直在尝试工厂自动化,在量产车Model Y的车身设计上更是采用了一体化铸造工艺,来简化生产流程。如今,特斯拉已经开发出一种新的车身架构,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。

  “我们不得不对整个自动驾驶软件堆栈进行根本性的重写……我们现在对3D视频进行了标注,这与我们之前对单一的2D图像进行标注时有巨大的不同。“马斯克在现场表示,现在的算法基于标记整个视频片段,同时拍摄所有的摄像头,而不是2D图片,这对神经网络的算法有很大提升。

  “特斯拉的核心竞争力在于制造技术、工艺工程以及软件能力。”马斯克在现场总结。向上推进智能化技术的不断演进,向下掌控电动汽车的成本命脉,特斯拉推动世界向可持续能源转变的愿景在提速。

  “对于特斯拉来说,我们不是一家慢慢来的公司,而是要加快一切我们的节奏。”电池日发布会临近尾声,马斯克说。

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