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特斯拉:下一個動力電池引領者?

2020-09-30 10:21 | 蓋世汽車

9月23日特斯拉電池日,相比馬斯克要消滅燃油車的豪言壯語,他展示的電池研究成果覆蓋電池原材料技術、産品結構化變化、生産工藝製造、整車工程配套等領域全方位創新,但是多數技術停留在理念層面,而缺乏詳細的量産落地方案。特斯拉造電池是紙上談兵,還是未來會成為推動動力電池行業變革的一條鯰魚?馬斯克能否複製其在自動駕駛晶片上的成功?

特斯拉的戰略藍圖

2020年特斯拉股東大會上,馬斯克表示未來特斯拉要年産2000萬輛電動車,對比汽車巨頭豐田和大眾2019年銷量也“僅”1000多萬輛,可以看出,馬斯克的目標不僅僅是超越傳統車企,而是邁向星辰大海。

真鋰研究創始人墨柯認為,傳統汽車向電動汽車轉型肯定是趨勢,唯一不確定的是實現速度快慢,如果按特斯拉市佔率50%計算,到時候電動車共有4000萬輛,汽車電動化率接近一半,這個數據有點誇張,只能表示馬斯克看好電動車的決心。

早在2006年,埃隆馬斯克就寫過一份Master Plan,裏面闡述了他的夢想—加速世界向可持續能源發展,並且寫出了實現目標的四步走戰略。第一步,從豪華跑車起步,奠定特斯拉高端品牌形象;第二步,再用賺到的錢打造更多量的豪華車;第三步,用賺到的錢生産更平民化的車型;第四步,為世界提供零排放的生活方式。以上正是特斯拉這十幾年來發展的完美總結,從超跑Tesla Roadster到豪華車Model S和Model X,再到更實惠的Model 3,以及未來可能出現更便宜的Model 2,這些産品從高端小眾過渡到平民大眾,最後實現電動車的全面普及。

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果不其然,在電池日大會開工斯克表示三年後會推出售價25,000美元(約合17萬人民幣)的車型,這個説法引發了外界的探討。“高端車雖然單車價值比較高,但能買得起的人少,特斯拉走品牌下沉路線是比較合理的做法。一方面可以構建自己的産品矩陣,形成從豪華車到相對中高端車型甚至到中低端車型的覆蓋,另一方面可以增強自己的綜合競爭力。” 勁邦資本合夥人王榮進分析道。

決心進軍電池自製領域

一方面是有降低電動車成本的需求,一方面是千萬輛銷量的野心,馬斯克認為,目前限制其電動車産量的瓶頸是電池産能不足和電池成本下降速度太慢。不滿足於依賴電池供應商,他決定親自入局,做一條攪動動力電池行業的鯰魚。

根據他信奉的第一性原理,分析事物從本質出發,電池的原材料價格是透明的,最終成本取決於如何得到該産品,2013年,他將鋰電池材料按倫敦交易所價格組合在一起,發現只要80美元/kWh,而當時市面上電池組均價高達663美元/kWh,這也就意味著,市價與終極成本之間有著巨大的降幅空間,甚至未來電池成本價格能做到市價12%,這在當時是不可思議的,但放到現在來看,這個價格實現概率極大。

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為了獲得更具價格優勢的動力電池,2014年特斯拉與松下合資建設超級工廠,一方面鎖定産能,另一方面掌握電池生産製造中的核心技術;

2016年,處於鋰電領域前沿的加拿大Jeff Dahn團隊與其簽約,為特斯拉提供前瞻性的研究成果;

2019年,特斯拉收購超級電容公司Maxwell以掌握幹電極技術和超級電容技術;

同一年,特斯拉在美國弗裏蒙特建立自己的電池實驗室和試生産線;

2020年,特斯拉啟動代號為Roadrunner的電池項目。除此之外,特斯拉與來自於中國、澳大利亞、美國等礦廠巨頭簽訂了協議,以保證原材料供應。在電池日上,特斯拉還宣佈未來要自建正極工廠。

至此,特斯拉一步步完成了從原材料佈局、電池基礎研發、電芯製造到産線建立所有工作。

蓋世汽車研究院認為,馬斯克在佈局的每一步並不算完美,但他卡位電池生産的基本環節,搭建了一個最原始的製造體系。先建立最初級的系統,然後通過大量實驗和試錯不停迭代它,不斷更新版本直到實現他的目標。

這是馬斯克的瘋狂之處,也是他的天才之處。

而真鋰研究墨柯認為,特斯拉想自己做電池生産容易,但要做出高品質電池比較難。他表示,自2010年電動車發展以來,想自製電池的車企非常多,後來大多都放棄了。目前動力電池市場份額越來越集中,第一梯隊的LG化學、寧德時代、松下等公司以前在消費電池領域就是龍頭。他們擁有足夠的擴産能力,能滿足特斯拉電池的主要需求。特斯拉自己建設電池産線,加強對電池技術的把控是有必要的,但産能規模不一定會做很大。如果未來電動車市場發展超出預期,電池供需不平衡了,那特斯拉的産線可以作為備用。

電池日的構思與展望

此次電池日是特斯拉從佈局電池領域以來第一次公開亮相,但成果並不喜人。沒有成品的電池實物,沒有詳實的實驗數據,沒有令人震驚的黑科技技術,馬斯克展現給大家的只是一幅他的構思畫卷,是又一份展望藍圖,看起來很理想美好的同時也缺乏誠意。

對此,蜂巢源副總經理馬忠龍博士表示,大家對電池日失望的原因在於預期太高,動力電池技術創新現在處於瓶頸階段,它基於鋰離子電池發展而來,鋰離子電池産業發展比較成熟,現有的技術路徑比如三元、磷酸鐵鋰已經有多年曆史,未來要在電化學體系上做創新很難,像特斯拉這樣在供應鏈、工藝生産等應用層面做創新是比較現實的,而且把成本做到非常低的概率較大,這樣更有利於商業化推廣,這才是其帶來的革命性的價值。

這次電池日的主題仍然圍繞著降成本和擴産能進行,以結果為導向的馬斯克將其拆分為五個部分:電芯設計、電芯生産工藝、硅負極材料、高鎳正極材料和電芯車輛整合化,每一部分都運用了他化繁為簡的思路—去掉冗余的功能,去掉多餘的零件,去掉繁雜的工藝,去掉高昂的材料,去掉中間商賺差價,最終,馬斯克認為這個方案能使電池成本減少56%,續航里程增加54%,單位投資額減少69%。

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特斯拉電池日直播截圖

首先展示的是電芯設計方向的46800圓柱電芯,該技術沿用之前電芯從18650到21700的變大路徑,電芯容量更大,體積比能量密度更高。將電芯外形變大是容易實現的,難點在於體積變大後內部散熱更難,未來如何解決快充問題。而無極耳技術是解決散熱問題的一個方法,通過將電池極耳去除,降低電流實現內阻下降,消除散熱。但無極耳技術的主要問題在於極片和圓環蓋板之間的銜接有困難,這會影響産品的良品率,增加成本。

據墨柯表示,電池日上提到的幹電極技術其實早就運用在鋰電池産品中了,只是用量很小。而該技術的優點在於可以簡化生産環節,適用於特定場景,但目前也存在未解決的問題,幹電極製備的電極更厚,會影響電池能量密度。而馬斯克提到的正極材料高鎳化無鈷化,負極材料的全新硅製備工藝等目前尚未給出具體解決方案,落地較為困難。相對來説,特斯拉更擅長在工程工藝方面做文章。電芯車輛底盤整合工藝能夠簡化電池結構,把電芯直接放在底盤上,提高電芯整合效率,這跟國內的CTC技術類似,相對來説更容易實現。

對於馬斯克提到的在生産工藝流程上做優化,將單條組裝線産能增加7倍,實現20GWh産能的目標,墨柯認為“將電池量産化需要極為豐富的製造經驗,現在國內做的最好的寧德時代單條産線産能也就2GWh,特斯拉想要做到20GWh這個目標有點大,如果要實現可能還是需要松下等電池企業來協助。”

“此次電池日公佈的創新有一個容易被外界忽略的亮點”,馬忠龍博士表示,“特斯拉想要直接將原材料礦石做到正極材料端,未來自建正極材料廠,這相當於在供應鏈層面做整合創新,這個想法比較大膽,有可能倒逼國內上下游産業鏈加速協同合作,優化生産工藝,降低成本。”

能否再現自動駕駛日的輝煌

馬斯克敢於涉足動力電池的自信源自他過去取得的數次成功。

追溯特斯拉整個發展過程,可以看出,其正是通過自研電機電控、BMS系統、電子電器架構、自動駕駛晶片、軟體等各個核心環節構築競爭壁壘,並且大幅降低整車生産成本。2019年4月,馬斯克在第二屆Autonomy Day上發佈了完全自動駕駛Hardware 3.0硬體,展示了FSD晶片強大的參數指標,稱其晶片只用七分之一的功耗就能實現英偉達Drive Xavier晶片性能的七倍。

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此時距離特斯拉宣佈自研自動駕駛晶片只過去三年。

在沒有研發基礎的情況下挑戰一個産業的龍頭地位,這種舉動只有馬斯克能做到。馬斯克用他強大的號召力集結了最頂尖的人工智慧人才和計算架構設計師團隊,用需求定義軟體和演算法,再由演算法定義晶片,省去了冗余的算力浪費,因此他能在短時間內取得重大突破。

當然,在此期間他也遭遇過很多難題和非議,研發節點一再推遲,但從現在來看,努力沒有白費。

有了成功自研晶片的經歷,馬斯克在電池領域是否能取得同樣驚人的成就?我們可以從多方面進行比較。

從行業屬性的角度看,自動駕駛晶片涉及到半導體晶片、人工智慧、電腦等高科技行業,頂尖人才在這些領域起到非常重要的作用,而美國又是高科技強國,因此馬斯克在這個條件下找到核心人才是相對容易的。而動力電池涉及電化學體系、材料學等學科,在這些領域雖然美國前沿性研究豐富,但在應用層面創新比較擅長的是日本、南韓這些亞洲國家;

從市場份額角度來説,半導體在美國佔據一半以上份額,而動力電池前十由中日韓三分天下,LG化學、寧德時代、松下為三巨頭,美國企業在該領域少有存在感;

從研究角度來説,晶片/演算法等可以通過大量模擬倣真數據進行嘗試,但電池除了在實驗室測試,還需要供應鏈、工藝製造等大量實踐經驗積累,創新的進展更為緩慢。

從以上三個角度來看,馬斯克在自動駕駛領域取得的成功很難直接複製到動力電池上來,他面臨的挑戰是全新的,而且對手比想像中要強大的多。

面臨更大的挑戰

對馬斯克來説,為了實現星辰大海的夢想,佈局電池是明知不可為而為之。

馬斯克作為電動車行業的推動者和創新者,無視一切困難和阻礙,用強大的執行力去實現理想抱負的精神值得欽佩。儘管他承認,未來需要大量資金、人才、産業夥伴的配合來一起推進動力電池行業變革。這次他也給了産業界一個訊息,未來將增加從寧德時代、LG化學、松下手中購買電池的力度,這從側面説明電池日的目標可能需要漫長的時間去實現。

“對於整個動力電池行業來説,特斯拉這麼做也有好處,它為電池廠商們從外部提供了一些超常規思考問題的角度和靈感,為大家提供了新的方向”,王榮進説道。這次特斯拉又充當了一條攪動動力電池行業的鯰魚,推動電池平均成本加速下降,也刺激動力電池産業鏈加速産業整合和創新步伐。而對於行業未來發展,墨柯認為,動力電池未來會越來越像大宗商品,特點是價格和毛利低,但規模龐大。相當於整個能源行業的糧食和水,雖然便宜但不可或缺。(羅夏迪)

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責任編輯:張默怡
  • 專家級 2020-10-21

    家用的小汽車的輪轂軸承的確是不需要加注潤滑油的,但是並不代表軸承內沒有潤滑油存在,而是密封比較好,軸承內的潤滑油不會被污染、也不會流失。

  • 專家級 2020-07-28

    不管有車還是沒車,很多人都會選擇先將駕駛執照拿在手上,畢竟在現在社會,駕駛執照可以稱得上是一門生存技巧,而不是生活技巧了。

  • 專家級 2020-07-20

    胎壓,嚴格意義上指的是輪胎內部空氣的壓強。在汽車保養上發動機是汽車的心臟,發動機的損壞將導致汽車生命的耗盡,那麼輪胎胎壓則是汽車的血壓,胎壓的高低對汽車的性能和動力有著至關重要的作用。

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