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卡在半路的特斯拉电池革新之旅

时间:2022-09-09 08:29来源:汽车商业评论 作者:张鸥
点击: 次
       2020年，埃隆·马斯克（Elon Musk）提出，特斯拉到2030年将达成每年汽车销量2000万辆的成就。
 
       这个大胆的目标是对股东的增长承诺，也是推动可持续能源的决心。如果实现这一目标，特斯拉的规模将大幅跨越历史上任何一家汽车制造商，占到全球汽车市场的20%。
 
       每年生产2000万辆汽车将要求特斯拉扩大自己的电池制造能力，以及电池合作伙伴和为其提供原材料的生产商的能力。
 
     “长期而言，我们预计每年将生产3000GWh电池。”马斯克在7月告诉投资者，“我们有很大的机会在2030年之前实现这一目标，我非常有信心。”特斯拉目前的电池生产能力为100GWh。
 
       且不说有没有2000万人愿意买，单从制造来看，在这个极度缺电的时代，为什么马斯克对于核心组件的供应能够有如此信心？
 
       秘密在于特斯拉开创性的电池技术。
 
       好消息是，与该公司保持沟通的电池专家透露，通过使用更大的电芯和干式涂层电极的新工艺，特斯拉可以将Model Y的电池成本降低一半，为它的美国定价节省8%以上。
 
       坏消息是，12位熟悉特斯拉和其新技术的专家一致表示，它只完成了一半。
       过去两年，特斯拉在削减电池生产成本方面已经取得了不小的成果，不仅提高了利润，更扩大了它在电动汽车赛道的领先优势。
 
       电池部件是大多数电动汽车中最昂贵的元素，因此制造成本更低、性能更高的电池是将定价控制在更多消费者可负担范围的关键，这些电动汽车可以在价格上与燃油车一较高下，更容易赢得消费者的心。
 
       特斯拉是仅有的几家自己生产电池的主要汽车制造商之一。由于它在美国工厂生产Model Y的电池，因此也逃过了2022年《通胀削减法案》最新补贴政策的“毒手”——拜登的新气候法案要求电动汽车电池需要有足够的北美制造含量，否则无法申请税收抵免。
 
       在路透社采访的这12位电池专家中，有9位与特斯拉关系密切，其中3位通过拆解研究了特斯拉的新旧电池技术。
 
2021年10月25日，在日本东京的一场新闻发布会上，松下能源公司CEO Kazuo Tadanobu拿着4680电池原型，旁边是目前供应给特斯拉的2170电池（图源：Tim Kelly / REUTERS）
 
成功进度50%
 
       迄今为止，4680电池实现了2000-3000美元的成本节约，大约是它在2年前推出4680电池时降本目标的一半。这2000-3000美元大部分来自其他方面的改进，其中，使用更大的电芯效果显著。
 
       新的4680电池体积达到了2170电池的5.5倍。旧的圆柱形电池直径为21毫米，高度为70毫米，4680电池的直径为46毫米，高度为80毫米。
 
       老式技术中，特斯拉需要约4400个电芯为Model Y提供动力，并且有17600个点需要焊接（每个电芯有4个点），以创建一个可以集成到汽车上的电池组。
 
       4680电池组只需要830个电芯，在特斯拉改良了设计之后，每个电芯只有2个焊接点。将焊接点从17600个大幅削减到1660个，很显然是降本的关键举措。
 
       更简单的设计还意味着连接器和其他部件更少，这使得它能够进一步节省劳动力成本和机器操作时间。
 
       效率的另一个来源是，更大的电芯外壳也更结实。特斯拉现在可以用粘合剂将电池粘合在一起，形成一个刚性的蜂窝状电池组，然后直接连接到Model Y的内部车身结构。这消除了将电池捆绑成更大的模块，然后安装到传统电池组的中间步骤。
 
       通过将“电芯到电池组到车辆”转向“电芯到车辆”的设计，特斯拉可以把传统的1200磅（544公斤）电池组的重量减少55磅（25公斤）或更多，每个电池组可节约500-600美元。
 
       一位消息人士说：“增加电池的体积对提高效率有很大帮助，但推动电池单元整体节省50%的成本就是另一回事了。”
 
2020年，特斯拉向股东介绍4680电池。当时预计体积是2170电池的5倍，储能原来的6倍，续航里程增加16%。（Tesla / Handout / REUTERS）
 
理想很丰满
 
       需要攻克的剩下的50%，也是问题的核心——亟待解决的干式涂层新技术。
 
       这一新技术能够帮助特斯拉脱离更古老、更复杂、更昂贵的湿式涂层工艺——它需要大量的电力、机器、工厂空间、时间以及劳动力。
 
       要通过湿式工艺中覆盖电极，电池生产商需要将材料与有毒的粘合剂溶剂混合。完成涂层后，电极会在大型烘箱中干燥，在此过程中蒸发的有毒溶剂会被回收、处理和循环利用——所有这些过程都耗费了大量成本。
 
       有了新技术，电极使用不同的粘合剂进行涂层，几乎不使用液体，便不需要进行干燥了。除了更便宜、更快，对环境的破坏也更小。
 
       特斯拉表示，更精简的工艺能够帮助该公司将资本支出减少三分之一，并将工厂的占地面积和能源消耗削减至旧工艺所需的十分之一。
       特斯拉在2019年支付了2亿多美元购买了麦克斯韦技术公司，获得了这项技术。在麦克斯韦技术的基础上，特斯拉今年开始生产4680电池，首先在加州弗里蒙特工厂附近进行试点，最近又在德克萨斯州奥斯汀的新全球总部生产。
 
       然而，大规模生产恰恰是棘手的问题所在。正因为如此，Model Y只有部分车型配备了4680电池。
 
       麦克斯韦公司开发了用于超级电容器的干式涂层工艺，但电动汽车电池更大更厚，在大规模生产的情况下很难确保稳定的质量。
 
     “他们可以小批量生产，但当它开始大批量生产时，出现了许多废品。”其中一位与特斯拉有联系的消息人士说，“生产收益率太低，相当于新工艺的所有预期成本节约都付之东流了。”
 
       也难怪马斯克称这一技术是“革命性的，但难以执行”。
 
       如果遇到了瓶颈的干式涂层和更大电芯的所有潜在能效都得以实现，Model Y的4680电池制造成本预计会降至5000-5500美元，大约是2170电池成本的一半。
 
       除了大规模生产，电池材料和能源成本的上升也在进一步给预期成果带来风险，而且特斯拉仍未能像承诺的那样，大幅提高新电池的能量密度。
       8月，马斯克告诉股东，特斯拉将在2022年年底前大批量生产4680电池。
 
       专家们认为，特斯拉很难在这个时间点之前全面实施新的干式涂层制造工艺，也许2023年能够出现转机。
 
       锂离子电池的共同发明人、2019年诺贝尔奖得主斯坦利·惠廷厄姆（Stan Whittingham）认为，马斯克对新技术商业化的时间框架过于乐观了。
 
       他说：“我认为马斯克会解决这个问题，但不会像他希望的那样快。电池测试也会需要一些时间。”
 
       一旦特斯拉最终在工厂成功部署大规模干式涂层工艺，马斯克将手握最佳独门秘籍，2000万销量可能真的指日可待了。
 
(责任编辑：子蕊)
文章标签： 电池 特斯拉
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