续航涨54%、成本降56%：特斯拉五大电池科技揭秘
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- 2020-09-23 21:41:07
来源：芯智讯??
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美国当地时间9月22日，特斯拉举行了“电池技术日”活动，发布了五大创新技术。马斯克表示，如果这五大创新技术都能兑现，特斯拉汽车的续航能力将提高54%，成本将下降56%，超级工厂的投资将下降69%。 马斯克称，特斯拉有信心在未来三年内生产一辆售价仅为 25000 美元（约合 17 万人民币）的电动车，这会是史上最便宜的一辆特斯拉汽车。 值得注意的是，这五大创新技术，包括了全新的“4680”型电池，号称能量密度提高五倍，动力输出提高6倍，续航里程可提高16%。 马斯克称， 新电池已经开始在一家工厂生产，将需要一年时间达到10千兆瓦时的产能。 另外，早在今年4月，马斯克就表示，今年的电池日活动是“特斯拉历史上最让人兴奋的日子之一”，预计将于2020年投产一种新型电池，这种电池能够驱动特斯拉汽车行驶百万英里，是普通电池包寿命的2-3倍。 据悉，这种电池是一种锂离子电池，是宁德时代与特斯拉合作生产的，可以使电动汽车持续行驶100万英里。马斯克曾在推特上表示，他将会在“电池技术日”活动上详细介绍一项百万英里电池项目。 但是， 直到此次电池日活动结束，投资者高度期待的“百万英里电池”依然不见踪影。特斯拉股价也由上涨5%转为下跌近7%。 2019年销辆增长50%，今年有望实现30-40%的销售增长 特斯拉CEO马斯克在“电池日”活动上表示，特斯拉耗时15个月建起了上海工厂，期待上海工厂能实现100万辆汽车/年的产量目标。特斯拉的愿望是在全球各大洲都设工厂，除了在中国、美国和欧洲，还希望未来在澳洲也建厂。 马斯克称，特斯拉已经在Model S、3、X、Y车型上实现量产。2019年，特斯拉的汽车出货量增长了50%，尽管处于非常困难的环境，2020年仍可能增长30%到40%。特斯拉去年出货36.75万辆，根据马斯克的以上预测，今年将出货47.75万到51.45万辆，大致符合特斯拉此前公布的今年年度出货预期水平50万辆。 马斯克还提到，特斯拉将在今后约一个月内发布有全自动驾驶选项功能的Autopilot系统测试版。自动驾驶行业的平均事故发生率是每行驶100万英里发生2.1起事故，如果启用特斯拉的Autopilot，事故发生率将只有0.3起/百万英里。 对于此前发布的Cybertruck，马斯克称已经收到了超过60万辆订单，预计销量将达到每年25万到30万辆。 未来电池需求将达10TWh 随着特斯拉汽车销量的持续增长，对于电池的需求也在快速增长。根据预测，特斯拉对于电池的需求将达到10TWh（10,000GWh），其中包括3500GWh紧凑和中型车的电池需求；900GWh的豪华车和SUV；1100GWh皮卡；3000GWh的semi；1500GWh小型车和Robotaxi。 马斯克称，目前电池规模化生产的速度不够快，产量很小。为了让电动汽车的生产增长速度继续超过以汽油为动力的汽车，需要降低成本，因此特斯拉计划，通过更大的圆柱形电池降低每千瓦时的生产成本。 五大创新技术 特斯拉电池技术日发布了五大创新技术，包括：电池设计、电池工厂、正极材料、负极材料、整车电池一体化。 1、电池设计：无极耳电池、46800电池、成本下降14% 马斯克表示，过去公司已经与合作伙伴一起，完成了一次创新，就是2008年的18650升级到2017年的21700，能量密度增加50%。但是，在未来，特斯拉将会采用全新的无极耳电池。 在原来的电池结构中，电流必须流经极耳才能到达电池单元外部的连接器。但是，当电流必须一直沿着阴极或阳极流到极耳并流出电池单元时，电阻也会随着距离的增加而相应提高。此外，由于极耳是额外的零件，因此增加了成本。采用无极耳电池，会简化制造过程，并将减少电阻。
▲图：无极耳电池 除了无极耳电池之外，特斯拉还将采用46800电池。更大的圆柱电池可以降低成本，最大的挑战是快充。新电池长度80mm，直径46mm，能量增加5倍，续航提升16%。量产地点在加州弗里蒙特工厂。
▲图：更大的圆柱电池可以降低成本
▲图：采用46800电池，成本可降低14% 2、电池工厂：干法电极、生产工艺优化、产能目标、成本降低18% 在电池工厂的生产工艺方面，目前特斯拉采用的是湿法电极工艺，溶剂可以循环利用。不过，马斯克表示，未来，特斯拉也将采用干法电极工艺，这样做可以简化工序。目前，特斯拉已经进行了大量实验，最后能够实现实际应用。但还没有十拿九稳的成熟，还不能疯狂扩大产能。 为了能够最大可能简化流程，降低产能投资。特斯拉目标是未来在现在150GWh的工厂空间中能够容纳1TWh产能，使得每GWh产能投资降低75%。
▲图：产能投资降低 在生产工艺优化方面，连续性的加工产出是特斯拉电池工厂的目标，能够效率最大化，并最大化产出。1条组装线做到20Gwh，单线产出提升7倍。 在产能目标上，特斯拉计划2022年达到100GWh产能，2030年3TWh产能。其中2022年的100GWh是与供应商合作之外的完全自产的产能。
▲图：成本可降低18% 3、负极材料：硅负极、成本下降5% 在负极材料创新上，马斯克表示，硅非常重要，地球上具有很丰富的资源，储能性能更好。大家不愿意用硅，是因为他的膨胀，会与隔膜反应，形成凝胶状。 对此，特斯拉采用了新的材料来抑制硅膨胀，用覆膜材料先给硅涂膜，原材料处理后可以提升20%的续航里程。
▲图：pack结构优化
▲图：产能目标 马斯克表示，在电池工厂环节的技术创新，可以使得成本下降18%。
▲图：特斯拉硅材料处理方式 马斯克表示，特斯拉在电池硅材料上成本很低，可以做到1.2美金/KWh。
▲正极材料成本拆分 特斯拉在实现“无钴化”的过程中，将分为3步走： 第一步是在正极材料中使用铁，有很好的循环寿命，应用于部分乘用车，包括一款新车，主打性价比； 第二步是镍锰材料，比如2/3镍和1/3锰，应用于主要的乘用车和储能；第三步到绝对意义上的高镍，应用于皮卡和卡车。 马斯克表示，在能源密集型车型（Cybertruck/Semi）中，特斯拉将使用100%镍支撑，而其他车型将使用镍与其他化学物质的结合。这确保了大批量生产是可能的。马斯克再次重申，他希望更多的人开采镍。 另外，特斯拉将在美国建立正极材料工厂，并将在那里建立锂转换工厂。因为可以减少80%的运输成本。 马斯克强调，锂是一种广泛可用的资源，是地球上最常见的资源之一。特斯拉已经获得美国内华达州一个面积1万英亩土壤含锂矿的开采权。仅内华达州就足以为美国所有车辆提供电力。
▲图：在北美建立正极材料工厂 此外，特斯拉还计划布局上游资源和电池回收，来降低成本。 特斯拉将在内华达州的一家工厂开始进行电池回收。当前，特斯拉和其他公司依靠第三方提供商提供此回收服务。长期计划将使特斯拉从旧电池中制造出新电池，从而改善环境影响。 在正极材料技术上的创新以及自建正级材料工厂和进行电池材料回收等举措，使得成本可以下降12%。
▲图：特斯拉硅材料成本 得益于负极材料技术上的创新，使得成本可以下降5%。 4、正极材料：无钴、成本下降12% 在正极（即阴极）材料方面，特斯拉动力系统、能源和工程的高级副总Andrew Baglino称，硅材料的丰富程度仅次于氧。阴极（Cathodes）就像书架一样，锂就是书本身。特斯拉将从阴极上消除钴，依赖镍。
▲图：正极材料成本拆分 5、电池整车一体化：成本降低7% 未来推动汽车车身一体化结构的设计。同时pack结构需要优化。在新的电池包设计中，用更好的方式粘合，使得结构更加紧凑。
▲图：46800电池性能 据介绍，采用新的电池设计之后，成本可以下降14%。
▲图：车身电池整合设计 马斯克表示，将把电池直接内置在汽车结构中，这项创新的灵感来自飞机机翼上的油箱。结构电池将减轻车辆的整体重量。这将减少所需零件的总数（减少370个零部件）并加快生产速度。电池与车身更好的结合，可以减重10%，可能能带来14%的续航增加。这一环节可以降低成本7%。 小结： 马斯克表示， 如果这五部分的创新都能兑现，续航能力将提高54%，成本将下降56%，超级工厂的投资将下降69%。实现部分目标将需要12-18个月，完全实现则需要大约3年。 基于此，马斯克称，马斯克称，约三年后，特斯拉有信心制造售价2.5万美元的全自动驾驶汽车。 不过，马斯克也表示， 此次活动所展示的部分技术只是“接近于可用”（close to working）。 这些技术确实能用，但是目前仍然无法大规模生产，特斯拉已在加州设立了一个试验工厂，来解决目前依然面临的问题，“前面有很明显的成功道路，但是目前要达到那里依然有大量工作要做。”
