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黑糖三部曲千呼万唤的特斯拉“电池日”,是马斯克在电池业的豪赌?

文丨雷科技(leitech)文丨雷科技(leitech)北京时间凌晨4点半,在加利福尼亚州弗里蒙特工厂,特斯拉召开了2020年股东大会暨“电池日”活动。

千呼万唤的特斯拉“电池日”,是马斯克在电池业的豪赌?追逐资讯网

文丨雷科技(leitech)

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北京时间凌晨4点半,在加利福尼亚州弗里蒙特工厂,特斯拉召开了2020年股东大会暨“电池日”活动。

从去年就开始预热,本该在今年四月份举办的特斯拉“电池日”,足足迟到将近半年时间。这场发布会有超过17万人在线观看,大家都在期待特斯拉能放出什么大招,是不是和之前媒体们的猜想一样,会有颠覆行业的新技术诞生。

首先开始的是特斯拉股东大会。受疫情影响,此次特斯拉股东大会在线上召开,只有随机抽取的少数股东来到了现场。有意思的是,现场参加股东大会的股东被安排在特斯拉车内观看,并且以按喇叭的形式取代了鼓掌。

或许马斯克也知道全世界在线观看的人都在等待特斯拉自研电池登场,所以开场的股东大会仅用了半个小时,会议内容极其精简。

特斯拉的Tera计划

在正式公布自研电池技术之前,特斯拉CEO马斯克和CTO德鲁·巴格里诺向大家介绍了一个全新的计划—Tera计划。

Tera是什么意思呢?Tera是一个计算机计数单位,1Tera=1000Giga。也就是说,1Tera瓦时约等于1000GWh。

马斯克表示:特斯拉想要真正实现100%纯电交通,电池的生产能力还需要以如今的100倍速度成长,起码需要10TWh的生产总量。

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未来特斯拉将以TWh作为衡量公司的发展,其中小型车/Robotaxi需要消耗1500GWh,主流紧凑车/中型车需要消耗3500GWh,豪华车/SUV需要消耗3500GWh,皮卡和卡车分别需要消耗1100GWh 和3000GWh,才能达到公司预计的10TWh的生产总量。

2019年全球用于其他能源领域的电池量仅有6GWh。如果想要百分之一百实现马斯克的宏伟蓝图,电池生产能力的成长速度需要乘以1600,最终才能到达10TWh的目标产量。

而特斯拉的整个Gigafactory 1的电池产能才有0.15TWh,想要实现20个Tera的“小目标”,需要2万亿美元级别的资金投入,需要280万个工作岗位。这样的规模,相当于135个特斯拉Gigafactory 1工厂。

马斯克还是觉得现在电池成本下降速度太慢,虽然电动汽车市场的份额正在增长,但是依旧没有达到人人可以购买的地步。

所以特斯拉为了降低电池成本,从电芯设计、电池生产、正极材料、负极材料、电池整合入车,从而减少电池生产成本,同时提升电池的性能。

新的电池专利:无极耳电池

在2019年11月,特斯拉就提交了新的电池专利,半年后专利被曝光,也就是现在所看到的“无极耳电池”。

传统的圆柱形锂电池是用正极材料涂抹在负极金属箔长卷上,中间夹有一层电池隔膜,并需要在正极焊接上电极,以凸起与凹陷的额外物理结构区分,这个结构称为“极耳”。

放电过程即正极上储存的锂离子透过隔膜进入负极,电子通过外部线路从正极进入负极,充电过程则相反。

虽然传统圆柱形锂电池应用于消费电子生活的每个角落,正负极的物理区分设计合理,又贴心,但是当传统圆柱锂电池进入汽车领域,极耳会产生热能的问题,反倒变成了累赘。

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而特斯拉推出的无极耳电池,取消了会产生很多热能的极耳,这样就可以在电池尺寸和电量之间找到了最佳的平衡点。

无极耳设计的好处就是降低了内阻。由于电流移动的距离为两极垂直距离,并非两极之间的长度,其使得两极之间距离大大缩短。特斯拉称内阻可以降低至原来的五分之一。

无极耳电极工艺,不仅能让电流移动路径缩短减小内阻,还能显著降低电流偏移现象,产热和散热能力得到了显著的改善,从而改善了电池的循环寿命以及其他性能。

特斯拉对“无极耳电池”新技术的指标提升总结是:5倍电能提升、6倍充放电功率和续航里程提升16%。同时,PPT上图片也官宣了新款电池的尺寸和名字,因直径46mm,高80mm,故命名为4680。

此外,生产“无极耳电池”,实现了同样的电能,又可以大量减少电池包装的材料、金属箔的使用、焊接的需要。

未来产能提升数倍

特斯拉不玩虚的,没有用概念产品来忽悠大家,不露两手,免得大家都快忘了谁是纯电动车市场的“一哥”了。

其实,前不久在弗里蒙特工厂旁边的Pilot工厂(Roadrunner项目)正在生产此电池。其生产流程分成四步:电极生产、环绕电极片、组装、排列。

首先是电极工艺,特斯拉用去年收购的Maxwell拥有一项技术—“干电极”,即使用负极材料粉末,直接涂抹在金属箔上,省去了大量生产工序,相较于湿式涂抹更安全。

在PPT上面提到“Simpie is hard(简约不简单)”,马斯克是想表示工艺的简化并不意味着这是简单的工艺。他还表示现在只是小规模生产,想要大规模量产,还需要攻克很多技术难点。

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为此,特斯拉表示仅需一条新的生产线,设计产能就能高达20GWh,单线产出输出提升7倍。

特斯拉还表示会通过软硬件来为传统的单个电芯定型加工升级,这单一工序的优化,可以投入的资本减少86%,生产流程缩短75%。

此工艺能够在更小的空间内以更高的速度生产电池,以目前内华达州的Gigafactory为基准,同样面积采用新生产流程,可以从150GWh产量提升至1TWh,接近提升了10倍的产量。

不过,特斯拉今后仍然会和松下、LG、宁德时代合作采购电池,同时加速自产电池的产能。目标是2022年实现100GWh产能,2030年实现3TWh产能。

降低正负极材料成本

不知大家是否还记得特斯拉“电池日”海报隐藏的一个彩蛋—硅纳米线。

德鲁·巴格里诺表示硅是地球上最普遍的晶体元素之一,并且电气性能极其优秀,相比于石墨可以存储多9倍的锂离子。但是在充满电后,其体积结构会膨胀4倍,因此会导致结构损坏,从而折损了电池的寿命。

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而特斯拉采用了“弹性离子聚合物”包裹住硅晶体,有效限制了其体积的膨胀,增加了硅作为负极的稳定性,能够增加续航20%。

除了负极材料之外,特斯拉电池的正极材料同样有了新的进展。目前正极常用的材料里面,钴的成本是最高的,特斯拉也一直致力于降低钴的成本,同时不断提升镍的含量。

从金属的角度来讲,镍的能量密度最高,成本低,用镍作为主要材料,能够实现稳定安全的结构,同时降低15%的正极材料成本。为此,特斯拉表示希望能获得更多镍矿的合作。

另外,特斯拉也明确表示在2022年的新电池里面,会移除钴元素,并且每1KWh会降低15%的正极材料。

变粗的电池、电量的增加、成本的降低,今年特斯拉的“电池日”干货真的不少,可惜的是,如此厉害的黑科技要到2022年才量产,在座各位还是得做多两年的等等党了。不过呢,今天我们只是聊了特斯拉“电池日”的电能新技术,还有整车部分没有聊。欲知后事如何,且听下回分解。

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作者: 蓝银色的海

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