特斯拉立功了,比亚迪很欣慰,蔚来小鹏泪眼婆娑

subtitle 锦缎研究院 09-24 21:05 跟贴 1411 条
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过去的30个小时,特斯拉(NASDAQ:TSLA)几乎吞噬了全球科技界全部流量。按时间顺序,先后发生了这几件事:

推迟了5个月的电池日在争议声中收场;

车联网系统遭遇全球性宕机;

被曝因关税问题起诉美国政府;

股价暴跌10%,市值蒸发两个蔚来。

4项事件之中,2/3项尚待朝阳群众揭蛊。关于第一项对于中国电动车市场的影响,我们则有独立观点在本篇报告中阐述,相关结论一言以敝:

特斯拉立功了,比亚迪很欣慰,宁德时代一身冷汗,蔚来小鹏泪眼婆娑。

01

动力电池的一大步

埃隆·马斯克在9月23日特斯拉电池日上的表现,让公众意识到了他的凡人一面。尽管这一天已经推迟5个月,但它仍未向世界带来一款可以规模性量产的动力电池黑科技。

所谓“期望越高、失望越大”莫过于此。

但站在产业角度审视特斯拉此番曝光的电池技术,其中的玄机,其实可以称得上推动全球动力电池技术向前跨出了一大步。

具体而言,特斯拉这款半量产、半概念的“4680无极耳电池”,承载了两项重大技术创新:

1.通过物理异构,为电芯创设了新标准。

2.通过电化异构,为电池创设了新标准。

【1】 无极耳:卷绕式电芯新标准。

当前动力电池的电芯制备工艺,存在叠片式和卷绕式两种路径分野。

其中叠片式电芯,因多极耳构造,拥有低内阻优势,使得散热、倍率性(不同电流下的放电性能)、衰减性等性能表现更优,正逐渐成为主机厂新宠。

尽管卷绕式电芯相对弱点明显,但长板也很显著:生产工艺简便、自动化程度高、良品率高以及质量一致性强。而这,也是特斯拉这家极其强调自动化的产业龙头,从1至100,始终对这种工艺存在接近路径依赖般执念的原因。

图1:电池极耳。来源:网络

叠片式电芯虽好,但鉴于规模性交付的刚性需求,马斯克还是选择了在原路径上突围(至少截至目前),力图通过“葵花宝典+吸星大法”两大技术创新绝学,稳住武林霸主的基本盘。

所谓葵花宝典,指的就是无凸耳技术——既然耳朵数量比不过叠片电芯,不如割去。这一反常规工艺的原理在于:

此前的卷绕式电芯,电流必须要通过内部极耳直至凸耳部分,到达电池单元外部的连接器。但是,这一过程中,电阻会随着距离的增加而增加,继而导致发热量(安全性)非线性激增,直接影响电池寿命并决定了电池容量有限。

图2:电芯两侧凸出部分为凸耳。来源:特斯拉

为了克服这个问题,特斯拉通过物理异构方式,将传统构造的极耳摒弃(包括割掉凸耳),通过导电涂层(或电极膜)使电芯直流体与电芯盖板和外壳直接连接——

即,辅以激光塑型与电化技术,用一种桌面涂层(膜)式电极工艺取代原旋转阶梯金属式电极工艺(相当于放大电极面积),可以实现减少5-20倍(理论上)电阻效果,进而较大程度上解决高能量密度电池(这里可以特指三元锂电池)散热问题与电池容量扩增问题。

通过这一专利技术,马斯克号称:随着电芯尺寸增加至4680,“4680无极耳电池”实现了5倍的电能提升,续航增加16%,提高到6倍功率。

图3:马斯克在电池日上展示无极耳电池参数。来源:特斯拉

【2】 干电极:动力电池新标准。

无极耳电芯技术路径的实现,底层逻辑支撑是干电极技术。

特斯拉这项技术的由来,源自2018年2月对超级电容制造商Maxwell的收购。特斯拉付出2.18亿元美元的对价,锚定的正是Maxwell公司处于持续研发状态中的干电极技术。

所谓干电极技术,是一种正/负极材料压制技术,具体是将少量细粉状粘合剂(PTFE)与正极或负极材料混合,通过薄膜沉积技术形成电极材料带,随后再压延在金属箔集流体上形成成品电极——最终表现为覆盖电极膜的基板。

在无极耳电芯中,特斯拉恰是用电极膜基板(部分)取代了极耳的作用,使得凸耳最终就像人的阑尾一样,被一刀割去。

基于干电极技术的电极膜基板,可被视为“吸星大法”神功,它对于卷绕式电芯的贡献在于,基本将叠片式电芯的所有优点一并吸收而来,并实现了超越。

图4:Maxwell公司一项干电极相关发明专利申请。来源:USPTO

干电极工艺说起来工序简单,但其间涉及最前沿的基础材料学课题。迄今,即使是被公认技术领先的Maxwell公司,也未完全参透这门学问——这也是为何马斯克不得不放低姿态,表示“4680无极耳电池”距离规模性量产还有3年时间的本质原因。

以当前全球电动车产业发展态势为参照,干电极技术可被称得上是动力电池科技树的最顶端成果之一,该技术的完全突破,也将意味着下一代动力电池——固态电池的正式落地

作为一项绝对前沿的商业技术秘密,特斯拉自然不会对外完全透明其干电极技术的核心要义。但通过相关专利,我们尚可一览其相关活性材料的筛选范围:

◆阳极活性材料:硅材料(例如金属硅和二氧化硅),石墨材料,石墨,含石墨烯的材料,硬碳,软碳,碳纳米管,多孔碳,导电碳等。

◇阴极活性材料:锂镍锰酸钴(NMC),锰酸锂(LMO),磷酸锂铁(LFP),钴酸锂(LCO),钛酸锂(LTO),镍钴铝酸锂(NCA),层状过渡金属氧化物(如LiCoO2 (LCO), Li(NiMnCo)O2 (NMC) 和/或 LiNi0.8Co0.15Al0.05O2 (NCA)),尖晶石锰氧化物(如LiMn2O4 (LMO) 和/或 LiMn1.5Ni0.5O4 (LMNO)),橄榄石(如LiFePO4 ),硫属元素化物(LiTiS 2 ),铁氧体(LiFeSO4 F),硅,氧化硅(SiOx),铝,锡,氧化锡(SnOx),氧化锰(MnOx),氧化钼(MoO2),二硫化钼(MoS2 ),氧化镍(NiOx),氧化铜(CuOx)和硫化锂(Li2S),或其组合。

◆绝缘材料:陶瓷,陶瓷粉末,聚乙烯,聚丙烯,氧化铝(如Al2O3)或其组合。

◇电芯底壁:镍及高镍合金。

图5:马斯克在电池日上展示不同活性材料制备电池的成本。来源:特斯拉

凡是能在专利中展示的内容都算不上商业秘密,故而以上名词仅供参考。另外,材料间的组合与配比亦更加关键。

以上,尽管“4680无极耳电池”还不成熟,但以它涉及的核心技术判断,特斯拉正在试图解锁下一代动力电池技术。也许在外界看来特斯拉电池日不够刺激,但以产业视角来看,它的确用实打实的产品,推动动力电池技术向前迈出了一大步,说“特斯拉立功了”并不为过。

02

中国电车圈的“蝴蝶效应”

特斯拉“4680无极耳电池”之所以不够轰动,另一个主要原因是中国两家电池厂商宁德时代(SZ:300750)与比亚迪(SZ:002594),早其一年或半年推出了CTP电池及刀片电池(详见《》)。

仅就四大核心参数——成本、续航、安全与寿命来比较,后发而至的“4680无极耳电池”几乎没有优势。

但我们必须要注意其中的几重重要逻辑:

一、 无论CTP电池、刀片电池还是“4680无极耳电池”,正在将“安全”与“成本”作为当前阶段动力电池全球竞争的核心关键词,“续航”的权重已经滑落至第三顺位。

二、 三种不同的电池,都展示出突破电池模组束缚、融入车体模组的趋势(电池即车身)。

三、 高能量密度电池技术的竞争逐渐进入深水区,如果说2020年是动力电池物理异构竞争大年,未来3-5年很可能将进入电化异构竞争大年。

在锦缎研究员看来,这些微妙的变化,正在中国电车圈引发“蝴蝶效应”。此处仅以头部或知名品牌从业者为例:

◆比亚迪:未来18个月,可能是比亚迪电池及电车板块一段金色时期。

在领先电池技术的引导下,安全与成本正在成为主机厂间竞争的着力点。比亚迪此间的优势恰在早年间对于三电系统自主研发铺陈,使得其在当下有了垂直一体化能力,这使其拥有得天独厚的成本竞争优势。

此外,刀片电池选择的是磷酸铁锂路径,在安全性上存在相对优势。

但丰沛的雨季总不会长久,以目前公开的信息及专利数据判断,比亚迪在下一代电池技术——即电化异构制高点争夺战上,并不乐观。

图6:比亚迪刀片电池。来源:比亚迪

◆宁德时代:短期存在对主机厂技术路径适配困扰,中长期看可能是最有望在新一代电池技术取得突破的中国公司之一。

“4680无极耳电池”的推出,实际上惊出了宁德时代一身冷汗。作为重要的大客户,其是否选择或者有能力在短期内适配特斯拉“4680无极耳电池”技术路径,是一件很纠结的事情。因为这将涉及巨大的设备资本支出,以及面临技术工艺的不确定性——不能指望特斯拉向其共享干电极技术。

宁德时代的纠结,从其CTP电池始终雷声大雨点小上也可见一斑。

作为全球动力电池技术领跑者之一,宁德时代在干电极、固态电池技术路线上始终持有积极态度。但具体进展详情外界并不清晰。

图7:宁德时代CTP电池示意图。来源:网络

◆蔚来与小鹏:似乎应该更加尊重制造业发展规律,适度降低互联网造车这一“地心论”式怪思维权重,继续做强品牌力或做实产品力,构建真正护城河。

中短期看,蔚来(NYSE:NIO)和小鹏(NYSE:XPEV)在动力电池问题上只能泪眼婆娑地看宁德时代脸色行事。

二者向公众表现出的在智能驾驶技术的预期,究竟有多少技术含量还有待验证。试图通过这一维度构建非对称竞争优势,从通信技术常识上看,它们的储备目前还不具说服力。

尤其是小鹏,现在的核心问题在于受制于宏观环境而加速IPO,打乱了产品研发及运营节奏。

这里不多提及理想(NASDAQ:LI),因为它还在自嗨期。

其他产业同仁:作为知识产权竞争视角的观察者,建议产业同仁们在充分竞争基础上,还有时间坐下来商榷下电动车方方面面的标准建设,无论于产业还是消费者这都是头等大事。

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