特斯拉的電池日到底在「秀」什麼?

作者:王訓魁   |   2020 / 09 / 23

文章來源:虎嗅網   |   圖片來源:股感知識庫


“加速世界向可持續能源的轉變” 作為特斯拉的使命,這句話也成為了特斯拉解釋一切的“原理”。

從用戶到企業高層,似乎一切的戰略、策略、決策都能用這句話解釋。小到最近在中國區推動的針對燃油車牌潛在車主的貸款補貼政策,大到特斯拉的專利開放,甚至是今天公佈的電池技術研發路徑,都可以看做是在擴大電動汽車競爭力,加速取代燃油車。

而這個使命中最關鍵的詞是“加速”,特斯拉似乎是一家不願按照“正常速度”發展的企業,“加速”是一種常態。

這種“加速感”也體現在了創辦人馬斯克的“超前發布”之上。在智能和自動駕駛領域,特斯拉緊趕慢趕的完成了算法、系統、甚至是晶片的自研,除了半導體的製造,特斯拉幾乎把一個汽車產業鏈條上的所有軟硬體上能力的分工全都大包大攬了。

馬斯克的目標更像是建立一個高度垂直整合的公司,就像是像福特(FORD, F-US)汽車早期從鐵礦石到汽車生產體系的數字時代版本。

他在智能和自動駕駛領域已經初步完成了垂直整合,形成了完整的數據閉環。回看關於自動駕駛的一系列成果,即便是“跳票”不少,但大部分都兌現了諾言,且不意外的是它始終是那位“產業領先者”,特斯拉的“垂直整合”能力可見一斑。

今天的“電池日”可以說是特斯拉另一個更具里程碑意義的發布會,甚至是特斯拉突破兆市值的重要能力展望。

表面上,特斯拉試圖通過“重新定義電池”解決馬斯克口中“真正限制特斯拉成長的”以及“最基礎的規模製約”。但特斯拉其實在重新定義“電池體系”的效率,從擁有在動力電池產業鏈中關鍵部分的自主研發實力,到“秀”出通過這套新的“集中整合”帶來了系統性的創新,特斯拉的更大的野心初顯。

電池體系下的“組合創新”

馬斯克的終極目標是實現 100% 的純電交通。而這需要電池的總量變為現在 100 倍,至少需要 10TWh 的生產總量。 ( 1TWh 約等於 1000GWh )總量成長的背後反映的是馬斯克推算的電池生產能力的成長速度需要乘上 1600 倍。

目前整個特斯拉 gigafactory 1 的電池產能也僅有 0.15TWh 。以目前的規模實現 20TWh 的電池總量,需要 2 兆美元級別的資金投入,需要 280 萬個工作崗位,相當於 135 個 Gigafactory 1 工廠。

所以馬斯克認為目前普及電動車仍需解決的問題是:

1. 電池工廠的產能和規模擴張有限。

2. 電池成本下降速度還是太慢。

特斯拉的“自研電池”從電芯設計、電芯工廠、陽極材料、陰極材料、整車製造這五個方面來突破這些瓶頸。

全新 4680 無極耳電池:

為了迅速擴大生產規模、顯著降低電芯成本、大幅提升續航里程,特斯拉開發出一款全新尺寸的 4680 無極耳電池,高度為 80mm ,直徑為 46mm 。

無極耳電池與傳統鋰電池相比,電池兩端不再有凸起的極耳。目的是為了降低內阻。無極耳結構使得兩極間距縮短,馬斯克表示內阻可以降至原來的 1 / 5 ,而這個設計可顯著降低發熱量,解決高能量密度電芯的散熱問題,並提高充放電峰值功率。

最終使新電池的能量為過去的 5 倍,功率為過去的 6 倍,同時成本降低 14% ,續航里程提高 16% 。

原料矽陽極材料:

特斯拉選用儲能效果好的生矽材料,重新開發電芯陽極,並通過增加彈性的離子聚合物塗層以穩定矽表面結構,提升電芯穩定性和安全性。該技術可增加 20% 的續航里程,同時成本降低 5% 。

不含鈷的高鎳陰極材料:

陰極材料對提升能量密度至關重要,因此特斯拉開發出不含鈷的高鎳陰極材料,最大化提升鎳含量,同時採用新的塗層與摻雜物,將陰極成本下降 15% 。

但馬斯克在現場透露,磷酸鐵鋰電池在特斯拉產品中也會大量使用。特斯拉會根據產品的性質不同,運用不同的電池材料。例如未來類似 Semi 和 Cyber​​truck 會使用更高鎳的電池。

全新電芯工廠:

有了全新的電池之後,正對特斯拉大量的電池需求,並不寄希望與合作生產,而是大幅提升自己的電池產能。

所以全新的特斯拉電池生產線的“產能”成為了新的關鍵要素,有趣的是馬斯克說電池產線的靈感來源於兩種古老工業:現代印刷業和玻璃瓶工廠。當然,這背後也隱藏著 2019 年 10 月特斯拉秘密收購的加拿大電池製造設備生產商 Hibar 的能力所在。

電池產線主要涉及電極生產、環繞電極片、組裝、排列四大工藝。

特斯拉 2019 年收購的 Maxwell 帶來了今天的全新乾電極工藝。相比原來繁雜的濕式工藝,特斯拉如今使用乾粉末壓制技術代替。

由於新的 4680 無極耳電芯無需安裝、焊接極耳,擁有更簡化的製造過程和更少的零件。但馬斯克表示“simple is hard”。更重要的是特斯拉希望以這種“high speed continuous motion assembly 高速公路連續動態裝配”來提升生產效率。

特斯拉表示這條新生產線,設計產能就高達 20GWh ,擁有此前生產線 7 倍的生產能力,可顯著提升生產效率,同時每千瓦時產能的投資成本下降 75% ,為快速擴張生產規模提供有利條件。

整車製造:

在這套電池體系下,體現特斯拉垂直整合的最好案例就是特斯拉改變了電池與車結合的方式。

特斯拉開發出一種全新的車身架構,將電池包設計為車身結構件,將電池包和車身前後部一體化成型,此結構帶來超高強度車身,同時車輛的重量分佈也更靠近中心,帶來更靈活的操控性。為了實現這一設計,特斯拉專門研發一種前所未有的新配方合金材質,加強車身強度。這一車身架構將提升 14% 的續航里程,將整體結構減重 10% ,並減少 370 個零件。

這種類似與CTC 技術(cell to chassis, 即將電芯集成到底盤)的能力是現有電池廠商和整車企業難以整合的,應為這涉及到兩個領域的交叉,而電池廠商則是以效率最大化為基礎的,也就是以盡可能的“標品”為基礎的,所以正對車企的單獨定制並不容易。

最終通過這一系列的“組合創新”,特斯拉帶來了“質變”:特斯拉每千瓦時電池成本降低 56% ,續航里程提升 54% ,投資生產成本下降 69% 。

但現場,馬斯克強調了這一系列關於電池的技術,特斯拉需要用時約 18 個月才能形成以上優勢,而要徹底實現則需花費約三年時間。馬斯克的這種“超前發布”,不僅是一種“技術自信”,更是在推動產業實現更快速的發展和成長。

同時,基於顯著下降的生產成本,特斯拉有信心在三年內開發出一款價格為 2.5 萬美元左右的電動汽車。

此外,特斯拉在電池日首次公開搭載全新動力總成的 Plaid Model S。新車型將於明年開始交付,最大功率超過 1100 匹馬力,四分之一英里加速時間小於 9 秒,這一成績已經超越了眾多全球的內燃機超級跑車。

“馬斯克認為他可以改進供應商做的每件事,每件事。”前特斯拉供應鏈高層湯姆·維斯納(Tom Wessner)曾接受采訪時說。

執念於垂直整合的公司通常可以為消費者提供成本更低或質量更高的產品。在軟體之外,特斯拉開始在電池領域重複這一垂直整合的過程,也許這一道路坎坷艱難,但馬斯克來說這樣才符合他的商業哲學“第一性原理(First principle)”。

更重要的是,這樣往往能“全局”的看見一些原來沒有發現或被不明因素干擾的方法,提高體系效率和創造力,這也許才是馬斯克“顛覆”背後的基礎。

虎嗅》授權轉載

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