“車輛續(xù)航里程提升54%，成本下降56%，電池GWh單位投資成本降低69%?！?/span>
數據是不是很驚人？這是特斯拉電池日上，馬斯克給出的新電池技術應用后，可以實現的目標。北京時間9月23日，推遲半年之久的“特斯拉電池日”，終于在特斯拉美國弗里蒙特超級工廠舉行。特斯拉CEO馬斯克和動力總成和能源工程高級副總裁Drew Baglino一起主持了這場電池日發(fā)布會。電池日上，馬斯克主要發(fā)布了一款全新規(guī)格的圓柱電芯——4680（46 毫米直徑，80 毫米高度）。馬斯克稱之為“最低成本的外形規(guī)格”，以及兩款新車。此外，馬斯克還介紹了特斯拉在電芯設計、電芯工廠、正極材料、負極材料和整車等環(huán)節(jié)的技術創(chuàng)新，以期達到上述續(xù)航和成本目標。不過在業(yè)內某電池專家看來，這些技術并不亮眼，直接指出特斯拉給出的“功率和能量概念都是不對的，只有成本和續(xù)駛里程靠點譜”。該專家坦言：“特斯拉講講無人駕駛還可以?！毖酝庵?，電池還是算了。具體來看下，特斯拉讓業(yè)內人士矚目許久的“黑科技”都是啥？在使用18650和21700后，馬斯克認為，電池尺寸有必要再升級。他要尋找電池尺寸和成本的最佳平衡點。馬斯克的最新答案是：4680。相比2170電池，它增加了5倍的能量，提升了16％的續(xù)駛里程和6倍的功率。根據馬斯克給出的數據，4680電池僅僅是外形因素的改變，就能將每千瓦時的成本降低14%。馬斯克稱之為“最低成本的外形規(guī)格”。根據馬斯克介紹，新電芯已經在生產中，而且每個組件都在“高速連續(xù)運動”。Baglino將其比作具有交通信號燈和十字路口的高速公路而不是城市道路。每條新生產線將能夠生產20 GWh，產量相較傳統(tǒng)電池，提高了7倍。這樣一來，整間工廠里很容實現 TWh 級別的產能。特斯拉的目標在 2022 年達到100GWh 產能，2030 年達到3 TWh，整體成本下降 18%。這個電芯將主要用于Semi卡車、Cybertruck和新一代的Roadster跑車上。值得注意的是，特斯拉只專注于外形尺寸，并未透露出能量密度的改善。無極耳的設計將使得電子的行進路徑更短，解決了增加電池直徑帶來的其中一個大問題。無極耳也使電池模組更容易更快并且連續(xù)地生產。所謂無極耳電池，通過激光技術將傳統(tǒng)電池凸起的極耳結構去掉，導電涂層直接與電池端蓋接觸，縮小電流移動的距離，并降低內阻。特斯拉稱內阻可以降至原來的1/5。![]()
4680電芯無極耳
2020年5月，特斯拉正式披露“無極耳”電池專利，其核心設計理念是通過正負極集流體與蓋板／殼體直接連接，成倍增大電流傳導面積、縮短電流傳導距離，從而大幅降低電池內阻，減少發(fā)熱量延長電池壽命，并提高充放電峰值功率；并通過優(yōu)化電池結構件、簡化電池生產工藝流程等，提升電池標準化生產能力、降低電池成本。此外，無極耳電極中的導電涂層與電池端蓋的有效接觸面積達到100%，使得散熱能力提升，也解決了電池過大容易發(fā)熱的問題。根據之前對特斯拉電池日的預測，干電極也會是其一項重要技術，但是目前看其離量產尚有距離。傳統(tǒng)電池制作工藝，需要將材料粉末放入溶液中，再進行干燥和壓成膜。特斯拉表示自己正在嘗試全新的制作工藝，徹底跳過加入溶液的步驟，直接用粉末搟磨成薄膜，也就是干電極。這一加工過程的工藝難度極大。但好處是采用這一技術后，電池生產流程減少，速度能夠提升。據馬斯克介紹，目前這項技術已經接近成功，可以滿足少量的試生產，但還不具備量產能力。如果成功，將帶來 18% 的成本降低。特斯拉具備這一技術能力，是因為早前對Maxwell公司的收購。該公司在干電極生產上，有很深的造詣。在負極材料方面，特斯拉對硅的使用也做了創(chuàng)新。目前動力電池負極多采用石墨。其實硅是更為理想的材料，因為硅基材料相比碳容量更大，但是由于硅基材料充電后會膨脹，循環(huán)性要差很多。為了平衡成本和性能，特斯拉使用最原始的硅材料，不經任何加工，直接運到電池工廠制作電芯負極材料，并通過增加彈性的離子聚合物涂層以穩(wěn)定硅表面結構，提升電芯穩(wěn)定性和安全性。根據特斯拉方面的描述，生硅負極成本將低至1.2美元/KWh。![]()
負極上覆膜以穩(wěn)定結構
特斯拉提供的一組數字顯示，該技術可增加20%的續(xù)航里程，同時成本降低5%。在電池正極上，特斯拉繼續(xù)高鎳低鈷路線，提出改良金屬成分配比，最終目標是徹底移除鈷。正極材料對提升能量密度至關重要，因此特斯拉開發(fā)出不含鈷的高鎳正極材料，最大化提升鎳含量，同時采用新的涂層與摻雜物，將正極成本下降15%。第一種是在正極材料中使用鐵，也就是磷酸鐵鋰電池，應用于部分乘用車；第二種是使用鎳錳材料，比如2/3鎳和1/3錳，應用于主要的乘用車和儲能；第三種，含量為100%鎳電池，應用于能源密集型車型(Cybertruck/Semi)中。根據特斯的數據，正極技術配合其他電池技術，使4680的成本降低了37％。![]()
在干電極、生硅制作負極之外，正極材料中，特斯拉采用無硫鋰生產技術，預計使得鋰成本下降33%。馬斯克強調，鋰是一種廣泛可用的資源，是地球上最常見的資源之一。僅內華達州就足以為美國所有車輛提供電力。公司已經獲得美國內華達州一個鋰礦的開采權，并將在那里建立鋰轉換工廠。
此外，在正極材料總成本中，加工過程占比高達35%，太多繁瑣，還會產生大量的廢水和副產品。
馬斯克和Baglino聲稱，特斯拉重新設計了整個生產過程。特斯拉的新工藝可以減少66%的生產成本投入和76%的處理成本，最重要的是零廢水。![]()
通過這些改進，馬斯克相信他的新工廠可以比目前的電池生產設施小十倍。![]()
例如，特斯拉已將化成投資減少了86％，化成足跡減少了75％?；墒菍﹄姵剡M行初始充電和放電以產生固體電解質中間相（SEI）的過程。除了對電池工藝進行革新，特斯拉對整車結構也進行了調整——將電池直接集成到底盤框架中。這意味著電動車可以裝更多電池，續(xù)航也為隨之提升，甚至可能突破 1000 公里。馬斯克表示，將把電池直接內置在汽車結構中，這項創(chuàng)新的靈感來自飛機機翼上的油箱。結構電池將減輕車輛的整體重量。而且最重要的是，這還將使每千瓦時的成本降低7％。最后的車體整合環(huán)節(jié)，特斯拉發(fā)明了新的鋁合金材料，可以支撐車尾組件整體壓鑄。這種新的鋁合金必須具有很高的可鑄造性，高強度且不易于潰縮，否則就會導致大型鑄件變形。特斯拉擁有全球最大的鋁材鑄壓機，來完成其鑄造車尾。一體鑄造的方式，可以為特斯拉降低40%的底盤壓鑄成本，同時節(jié)省79個零部件。特斯拉現在在弗里蒙特鑄造的是汽車的前部和后部，中間則是由電池組來補充?？紤]到這將是汽車結構的一部分，因此無法像當前的電池組一樣更換。馬斯克將其稱為“結構電池”。此外，特斯拉通過改良電池組結構，移除了單個電池單元之間的多余材料，可以提升14%的續(xù)駛里程，減少了 370 個零件。![]()
馬斯克還說，即使是敞篷車，這種結構也比現在的任何汽車都堅固。這意味著對汽車乘員的安全性和動態(tài)行為的改善。特斯拉的“結構電池”與之前寧德時代提出的CTC（Cell to Chassis）的思路有相近之處。比亞迪刀片電池承擔底盤受力，也是類似邏輯。他們也都有同一個后果值得注意，就是幾乎不可能更換舊電池或有故障的電池。如果電池是汽車結構的一部分，那就要使電池的使用壽命與汽車本身一樣長才行。同時特斯拉還建立了電池回收體系，回收各種貴金屬重復使用。通過系統(tǒng)性的組合創(chuàng)新，特斯拉每千瓦時電池成本降低56%，續(xù)航里程提升54%，投資生產成本下降69%。![]()
基于顯著下降的生產成本，馬斯克表示，特斯拉有信心在三年內開發(fā)出一款價格為2.5萬美元左右的全自動駕駛的電動汽車。馬斯克希望該車每年生產大約2000萬輛汽車，當然，這需要可能1-3年的時間才能實現。此外，特斯拉還發(fā)布了Model S Plaid，現在就可以(在美國)接受預訂，交付日期定于2021年底。這將是特斯拉至今為止續(xù)航里程最長的車型，超過520英里（836公里）。該車型性能達到了跑車水平，可在不到2秒的時間里加速至160英里/每小時。該車型普通版售價為89,490美元，三電機版售價為134,490美元。馬斯克甚至不滿足于電池自供：“特斯拉可能會超額生產電池，并向其他汽車廠商供應電池。”不過，特斯拉需要用時約18個月才能形成以上優(yōu)勢，而要徹底實現則需花費約三年時間。馬斯克雄心勃勃，稱“特斯拉的目標是成為地球上最好的制造商。”但是，對于吊足大家胃口的特斯拉電池技術秀，投資者似乎并不買賬，特斯拉股價在22日盤后交易中下跌了約6％。（完）----推薦活動----
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