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卡在半路的TSLA電池革新之旅

鉅大鋰電  |  點擊量:0  |  2023年03月10日  

2020年,埃隆馬斯克(ElonMusk)提出,TSLA到2030年將達成每年汽車銷量2000萬輛的成就。


這個大膽的目標是對股東的上升承諾,也是推動可持續能源的決心。假如實現這一目標,TSLA的規模將大幅跨越歷史上任何一家汽車制造商,占到全球汽車市場的20%。


每年生產2000萬輛汽車將要求TSLA擴大自己的電池制造能力,以及電池合作伙伴和為其供應原材料的生產商的能力。


長期而言,我們預計每年將生產3000GWh電池。馬斯克在七月告訴投資者,我們有很大的機會在2030年之前實現這一目標,我非常有信心。TSLA目前的電池生產量力為100GWh。


且不說有沒有2000萬人愿意買,單從制造來看,在這個極度缺電的時代,為何馬斯克關于核心組件的供應能夠有如此信心?


秘密在于TSLA開創性的電池技術。


好消息是,和該公司保持溝通的電池專家透露,通過使用更大的電芯和干式涂層電極的新工藝,TSLA可以將ModelY的電池成本降低一半,為它的美國定價節省8%以上。


壞消息是,12位熟悉TSLA和其新技術的專家一致表示,它只完成了一半。


過去兩年,TSLA在削減電池生產成本方面已經取得了不小的成果,不僅提高了利潤,更擴大了它在電動汽車賽道的領先優勢。


電池部件是大多數電動汽車中最昂貴的元素,因此制造成本更低、性能更高的電池是將定價控制在更多消費者可負擔范圍的關鍵,這些電動汽車可以在價格上和燃油車一較高下,更容易贏得消費者的心。


TSLA是僅有的幾家自己生產電池的重要汽車制造商之一。由于它在美國廠生產ModelY的電池,因此也逃過了2022年《通脹削減法案》最新補貼政策的毒手拜登的新氣候法案要求電動汽車電池要有足夠的北美制造含量,否則無法申請稅收抵免。


在路透社采訪的這12位電池專家中,有9位和TSLA關系密切,其中3位通過拆解研究了TSLA的新舊電池技術。


2021年十月二十五日,在日本東京的一場新聞公布會上,松下能源公司CEOKazuoTadanobu拿著4680電池原型,旁邊是目前供應給TSLA的2170電池(圖源:TimKelly/REUTERS)


成功進度50%


迄今為止,4680電池實現了2000-3000美元的成本節約,大約是它在2年前推出4680電池時降本目標的一半。這2000-3000美元大部分來自其他方面的改進,其中,使用更大的電芯效果顯著。


新的4680電池體積達到了2170電池的5.5倍。舊的圓柱形電池直徑為21毫米,高度為70毫米,4680電池的直徑為46毫米,高度為80毫米。


老式技術中,TSLA要約4400個電芯為ModelY供應動力,并且有17600個點要焊接(每個電芯有4個點),以創建一個可以集成到汽車上的電池組。


4680電池組只要830個電芯,在TSLA改良了設計之后,每個電芯只有2個焊接點。將焊接點從17600個大幅削減到1660個,很顯然是降本的關鍵舉措。


更簡單的設計還意味著連接器和其他部件更少,這使得它能夠進一步節省勞動力成本和機器操作時間。


效率的另一個來源是,更大的電芯外殼也更結實。TSLA現在可以用粘合劑將電池粘合在一起,形成一個剛性的蜂窩狀電池組,然后直接連接到ModelY的內部車身結構。這消除了將電池捆綁成更大的模塊,然后安裝到傳統電池組的中間步驟。


通過將電芯到電池組到車輛轉向電芯到車輛的設計,TSLA可以把傳統的1200磅(544公斤)電池組的重量減少55磅(25公斤)或更多,每個電池組可節約500-600美元。


一位消息人士說:新增電池的體積對提高效率有很大幫助,但推動電池單元整體節省50%的成本就是另一回事了。


2020年,TSLA向股東介紹4680電池。當時預計體積是2170電池的5倍,儲能原來的6倍,續航里程新增16%。(Tesla/Handout/REUTERS)


理想很豐滿


要攻克的剩下的50%,也是問題的核心亟待解決的干式涂層新技術。


這一新技術能夠幫助TSLA脫離更古老、更復雜、更昂貴的濕式涂層工藝它要大量的電力、機器、廠空間、時間以及勞動力。


要通過濕式工藝中覆蓋電極,電池生產商要將材料和有毒的粘合劑溶劑混合。完成涂層后,電極會在大型烘箱中干燥,在此過程中蒸發的有毒溶劑會被回收、處理和循環利用所有這些過程都耗費了大量成本。


有了新技術,電極使用不同的粘合劑進行涂層,幾乎不使用液體,便不要進行干燥了。除了更便宜、更快,對環境的破壞也更小。


TSLA表示,更精簡的工藝能夠幫助該公司將資本支出減少三分之一,并將廠的占地面積和能源消耗削減至舊工藝所需的十分之一。


TSLA在2019年支付了2億多美元購買了麥克斯韋技術公司,獲得了這項技術。在麥克斯韋技術的基礎上,TSLA今年開始生產4680電池,首先在加州弗里蒙特廠附近進行試點,最近又在德克薩斯州奧斯汀的新全球總部生產。


然而,大規模生產恰恰是棘手的問題所在。正因為如此,ModelY只有部分車型配備了4680電池。


麥克斯韋公司開發了用于超級電容器的干式涂層工藝,但電動汽車電池更大更厚,在大規模生產的情況下很難確保穩定的質量。


他們可以小批量生產,但當它開始大批量生產時,出現了許多廢品。其中一位和TSLA有聯系的消息人士說,生產收益率太低,相當于新工藝的所有預期成本節約都付之東流了。


也難怪馬斯克稱這一技術是革命性的,但難以執行。


假如遇到了瓶頸的干式涂層和更大電芯的所有潛在能效都得以實現,ModelY的4680電池制造成本預計會降至5000-5500美元,大約是2170電池成本的一半。


除了大規模生產,電池材料和能源成本的上升也在進一步給預期成果帶來風險,而且TSLA仍未能像承諾的那樣,大幅提高新電池的能量密度。


八月,馬斯克告訴股東,TSLA將在2022年年底前大批量生產4680電池。


專家們認為,TSLA很難在這個時間點之前全面實行新的干式涂層制造工藝,也許2023年能夠出現轉機。


鋰電池的共同發明人、2019年諾貝爾獎得主斯坦利惠廷厄姆(StanWhittingham)認為,馬斯克對新技術商業化的時間框架過于樂觀了。


他說:我認為馬斯克會解決這個問題,但不會像他希望的那樣快。電池測試也會要一些時間。


一旦TSLA最終在廠成功部署大規模干式涂層工藝,馬斯克將手握最佳獨門秘籍,2000萬銷量可能真的指日可待了。


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