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个个都是重磅炸弹,关于特斯拉电池日的3个推测

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全娱乐早扒点 2020-05-10 15:19

动力电池是电动汽车的心脏,成本、能量密度、钴供应等等一直都是业界寻求技术突破的重大课题。掌握三电核心技术的特斯拉,作为全球电动汽车的引领者,在电池领域的布局筹划由来已久,如今临近开花结果的时刻。

特斯拉每年都会举行一次主题日,揭示最新战略和技术,预示着公司未来的发展方向。5月的第三周,万众期待的电池日(Battery Day)即将到来,这是决定特斯拉甚至电动汽车产业链未来的一天,马斯克究竟准备了几颗重磅炸弹?EV视界根据蛛丝马迹,推测有三。

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A millionmiles!电池寿命大跃进

去年4月,在特斯拉自动驾驶日(Autonomy Day Event)上,马斯克(Elon Musk)在谈到未来特斯拉自动驾驶车队(Robot Taxi)的经济效益时强调,这样的车辆必须经久耐用。特斯拉Model 3可以像商用卡车一样行驶160万公里,电池使用寿命却在48万公里到80万公里之间。

马斯克当时声称,特斯拉2020年将推出一款新电池,寿命将能达到160万公里的目标。

为此,特斯拉与加拿大达尔豪斯大学(Dalhousie University)早在5年前就达成了为期5年的研究伙伴协议,旨在开发先进的锂离子电池技术。

在世界上最杰出的锂离子研究者之一、物理学家Jeff Dahn的带领下,Dalhousie研究小组最近发表的研究测试成果显示,他们已经设计出了一款可以使用长达160万公里的电池。

这款新型电池仍然是锂电池,新电池主要依赖单晶镍金属氢化物(NMC)、人工石墨电池技术,以及电解质添加剂ODTO,来提高电池的性能和寿命,同时降低成本。其中,电池阴极还是以锂为主,由较大的NMC晶体组成奈米结构,在充放电时不容易因不断膨胀收缩而破裂,否则电池性能就容易下降。这比特斯拉目前的电池耐用两到三倍。

Dalhousie研究小组在不同条件和周期下做了多种电池性能测试,包括20°C、40°C和55°C温度下的长时间充放电循环,20°C、40°C和55°C下的长时间储存,以及40°C的高精度电量分析。

在4000次充放电循环后,新电池的容量仍保有惊人的90%。在宽温范围下(wide temperature range)充放电循环次数还能提升到6000次以上。这意味着在一个良好的电池组中很容易超过160万公里。若用在电池电网储能技术,也可以使用超过20年。

这种长寿潜力对于全天候行驶的电动汽车来说显然是特别有用。目前Dalhousie研究小组已申请专利,若未来研发成功,除了能助普通电动汽车一臂之力外,对重型长途卡车、自动驾驶出租车也大有裨益。

新研究也再次证实,特斯拉未来将逐渐摆脱对松下等电池供应的依赖。

将成本降到100美元

今年2月,特斯拉内部名为Roadrunner的秘密项目流出,旨在以“制造机器的机器”,也就是自己生产制造设备的策略批量生产更便宜的电池,目标是将电池成本降到100美元/kWh。

“如果不在电池方面做改进,最终只能将销量从一个部分转到另一个部分,实际上没有生产更多的电动汽车。”在2019年第四季度财报电话会议上,马斯克表示,特斯拉将专注于降低电池成本。

从开创18650钴酸锂先河,到另辟蹊径NCA三元锂,再到“无钴,不代表一定是磷酸铁锂。” 业内分析,特斯拉的降本方案有可能是采用高镍正极+硅碳负极(掺锂)+干电极+超级电容的技术组合。

要想降成本,去钴是必然。镍的性质类似于钴,但价格只有钴的五分之一。在三元锂电池中,提升钴、镍比例,都能提高能量密度,但高镍正极会降低热稳定性,而干电极却能解决这个问题。硅碳负极能提高锂离子容量,保证负极不成为瓶颈,超级电容则能回收动能。

过去几年,特斯拉已经为这个新的技术组合做好了准备。2019年,首先收购了拥有电芯技术的超级电容器生产商Maxwell。

Maxwell的核心技术是超级电容器和干电极,能够让特斯拉做出成本更低、能量密度更高的电芯,减少每辆车使用的电池数量,但依然能获得更长的续航里程。

Maxwell的干电极工艺让电池正负极不需要使用溶剂,而是以粘合剂和导电剂代替,从而克服三元锂电池高镍电极热稳定性差等问题,能量密度能可达300Wh/kg,未来甚至还可能突破500Wh/kg。

Model 3的2170电池能量密度是247 Wh/kg,Model S/X的18650电池能量密度是240 Wh/kg,若能实现量产300 Wh/kg,将有超过20%的提升,这意味着长续航版Model 3的NEDC续航里程可以达到800km,这可谓是化学技术面和生产工艺上的重大改进。

此外,干电极技术还可以将锂电池的寿命延长约1倍以上。无需使用溶剂和相关的昂贵设备,也大大节省了制造成本。一般而言,干电极技术可以将电池成本降低10%到20%以上。 超级电容器还可以回收汽车加速、减速、启停浪费的能源,与锂电池搭配提升能效。

自产电池之路

特斯拉的销量目前主要受电池产能牵制。

在2019年股东大会上,特斯拉技术副总裁Drew Baglino说过,希望特斯拉能在电池领域成为“自己命运的主人”。

2019年,特斯拉低调收购了加拿大锂电池设备制造商海霸(Hibar Systems),这是电池制造设备领域首屈一指的公司,以精密计量泵、注液系统及电池制造系统而闻名,特别是用于大规模电能存储的系统。

收购海霸被视为特斯拉在为独立生产电池铺路。

2020年2月,一则招聘信息暗示,特斯拉将在加州弗里蒙特工厂内搭建一条电芯试生产线,自主设计开发制造电池。5月6日,韩国时报报道,特斯拉已与韩国韩华集团签署电池化成设备的订单,购买的锂电设备会先应用于这条试生产线。 另外还从dae bo Magnetic采购了电磁过滤器。消息人士称,除了电池生产线的几个方面外,特斯拉几乎可以制造所有的工程装备,设备供应从一年前就已着手准备。

“制造机器的机器”,电池的自给自足完全符合马斯克提过的第一性原理。据了解,特斯拉准备在美国德克萨斯州或东部某州新建的下一代超级工厂Terafactroy,电池产能可能超过1太瓦时(terawatt-hour of battery),也就是1000GWh,这将是现在内华达州Gigafactory的20倍。

结语

160万公里的电池寿命、成本低至100美元/kWh、减少依赖自研自产电池……电池日,可能是特斯拉近年来最为重要的一次技术和战略发表,若马斯克真的放出几个突破性的大招儿,那么特斯拉的领先优势又将甩下别人好几条街。

EV视界新能源汽车

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