特斯拉电池56%的降本技术能否复制到其他电池厂?

subtitle 全国能源信息平台 09-24 15:03 跟贴 143 条

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特斯拉在电池日上表示,通过电芯材料、结构和成组工艺的升级,它能将 电池成本降低56%。这一降幅是否会对电池厂造成压力?它的降本方案适用于其他电池厂吗?

通过电池日的信息,我们整理了特斯拉降本的每个步骤的细节信息。它通过五个过程来实现电池成本的减半: 电芯设计、电芯工厂、负极材料、正极材料、电芯到整车的集成

大圆柱电芯设计

大电芯设计使之成本可降低14%。该设计有些类似比亚迪的刀片电池。

新型4680圆柱电芯带来了许多性能、制造和成本优势。顾名思义,新大电芯的直径为46毫米,高度为80毫米,它将更多的活性电池材料装入外壳,以使存储的能量提高5倍,功率输出提高6倍。尺寸变化后,它能将续航提升16%。

4680电芯的技术重点是无极耳技术。但该无极耳技术并非意味着它完全去掉了极耳,而是非焊接性极耳,即卷绕层直接留出一部分材料作为极耳。它使得电子转移的路径缩短。

特斯拉在 Kato Road为4680电芯建造了试生产线,目前已在生产中,目前产能1GWh。特斯拉预期1年后4680电芯试生产线产能将达到10GWh。待达到10GWh后,就到了追求规模的时候。

电芯工厂

干电极工艺的进步将帮助它的成本降低18%。它属于特斯拉投资的前瞻技术。

基于溶剂的电极涂层工艺,即湿电极工艺,需要四个工序:搅拌涂料、涂敷、干燥、压片。

这四个工艺需要用到耗时多,劳动密集,设备昂贵,且占用了很大一部分工厂用地。(曾有外媒引用阿贡实验室的报告内容,“与溶剂型电极涂覆工艺相关的直接人工成本占PACK总人工成本的11%,设备成本占工厂设备总成本的15%,占地面积是总工厂面积的11%。”)

而粉末成膜的 干电极工艺需要的设备远少于湿式涂敷工艺,如涂料搅拌的设备只需要两台,可以省掉干燥和压缩的设备,直接将粉末压到铝箔上。因此设备面积和能耗分别减少10%。

另外就是 高速组装设备。通过与Grohmann,Hibar和其他公司的机械设计团队,特斯拉将砍掉所有不必要的工序,使必要的工序都能用一台机器完成。最终一条高速组装生产线产出20GWh的产能,相当于7条常规生产线的产能。

它使特斯拉看到将4680中试线产能提高两倍乃至更高的途径。特斯拉将产能目标设为,2022年100GWh,2030年3TWh。

负极材料

硅负极使每千瓦时电池成本降低5%。它很可能就是隐藏在特斯拉电池日海报后的秘密,硅纳米技术

锂离子电池的主要限制因素是可以保留在电池电极中的锂量。在常规电池中,负极由石墨制成,但它存储的能量有限制。硅的存储容量约为石墨的10倍,但它有一个主要缺点:充电时,硅会急剧膨胀,导致硅破裂并使电池失效。

而且,现在能够将硅应用到负极的方案都是高度工程化且昂贵的材料。氧化硅的硅碳负极的成本在6.6美元/KWh,掺杂石墨的硅碳负极成本在10.2美元/KWh,而 特斯拉的硅负极成本在1.2美元/KWh

为了避开硅的粗糙边缘,特斯拉从冶金硅开始,然后采用聚合物粘结剂创造一种稳定的表面结构。结果是便宜的电池也具有更高的容量, 将电池包成本又降低了5%,同时将里程提升20%。除此之外,特斯拉没有介绍更加详细的技术信息。

正极材料

正极材料降本12%。

新型高镍正极完全消除了对钴的需求,实现15%正极每千瓦时成本的下降。

特斯拉决定根据应用场景来选装电池,比如中低里程与储能采用磷酸铁锂电池,长续航电动汽车采用2/3镍和1/3锰的电池,重载长续航电动汽车采用高镍电池。

简化从原材料到正极材料成品的供应成本和加工成本:在北美开采锂矿,建立正极生产工厂;减少加工过程中的浪费,资本支出降低66%,流程成本降低76%。

CTP/CTC电芯-车辆集成方案

集成到车辆的电池设计使每千瓦时的电池组成本降低了7%。这是一种从电池到整车的再设计。

特斯拉使用与电池组集成的新型前后铸件重新设计了车辆。为此,它开发了一种全新的合金,可以铸造汽车领域中一些最大的部件。它们直接插入新的电池中,从而无需在特斯拉中使用冗余的并联元件。结构化、集成化的电芯设计使整车的重量降低10%,续航提升14%。

特斯拉期望通过这五大技术,或许有数百个小改进,将成本降低56%。但能够看到的是,一些工艺都需要时间来实现。这些变更大概要花18个月才能应用到生产中,也就是说特斯拉要到2022年才能让投资人和消费者看到这些技术的实用性和可复制性。

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