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特斯拉电池日全记录:续航增54%、成本减56%、6.6倍产能

北京时间凌晨 4 点半,YouTube 上面特斯拉的直播间,已经「围坐」了超过 17 万名观众。

实际上,全世界有远超 17 万双眼睛,聚焦在此时此刻的美国加州,特斯拉Fremont 工厂之外。从去年第一次预热开始,本该在 4 月份举办的特斯拉 Battery Day,终于在今天连同特斯拉 2020 股东大会一起亮相。

2019 特斯拉 Autonomy Day 是特斯拉自研自动驾驶软硬件的号角,属于「智能」领域的炸弹;而 2020 特斯拉 Battery Day,则补齐了特斯拉「电动」 in-house 的拼图。

尽管今天还安排了特斯拉的股东大会,尽管马斯克前一天还发了推特,专门表示今天展示的技术「2022 年之前不会大规模量产,特斯拉仍将大量采购合作伙伴的电池」,但这丝毫无法掩饰大家对特斯拉自研电池的期待。

结果大家的熬夜完全值回票价。

特斯拉的新电池拥有「骇人听闻」的数据表现,包括里程提升高达 54%,每 KWh 成本降低 56%,每 GWh 生产投资减少 69%,还有更低的碳排放,更简约的车身设计,等等。

发布会还带来了全新的 Plaid 版 Model S,百公里加速只要不到 2 秒!

具体的细节,请往下看:

特斯拉的 Tera 计划

马斯克当然也知道,全世界都在等待特斯拉自研电池登场,所以今天开场的股东大会极其精简,仅有半小时左右。

正式介绍电池技术之前,马斯克和 CTO Drew Baglino 介绍了全新的 Tera 计划。

Tera 严格意义上是个计数单位,1Tera=1000Giga。也就是说,1Tera 瓦时约等于 1000GWh。

特斯拉表示想要真正实现 100% 纯电交通,电池的生产能力还需要以如今 100 倍的速度成长,起码需要 10TWh 的生产总量,其中主流紧凑/中型汽车就要消耗预计 3500GWh 的动力电池。

如果眼光放长远一点,想要 100% 实现马斯克的宏伟蓝图,电池生产能力的成长速度需要乘上 1600 倍。2019 年全球用于其他能源领域的电池量仅有 6GWh,而终极目标需要 10TWh 的产量。

但正如马斯克多次提及的一样,电池生产能力制约着所有造梦者。整个 gigafactory 1 的电池产能也仅有 0.15TWh。实现 20 个 Tera 的「小目标」,需要 2 万亿美元级别的资金投入,需要 280 万个工作岗位。

而这样的规模,相当于 135 个 Gigafactory 1 工厂。

规模是一方面,成本则是另一个重要因素。马斯克觉得现在的电池成本下降速度还是太慢。

这带来了第二个问题:澳门美高梅网址_的市场份额正在增长,但依然没有达到「人人皆可负担」的地步。

特斯拉的解决方案,就是从电芯设计、电池工厂、正极材料、负极材料、电芯-车辆整合全流程减少电池生产成本,同时提升电池性能

特斯拉牌电池,2022 吊打汽油车!

以下是电池发布会的重中之重:特斯拉自研电池。

1.无极耳电池

全世界对特斯拉新电池的要求只有一个,就是「最好的电池」。

说得详细点,定义有三个:成本更低、能量密度更大、充放电功率上限更高;站在消费者的角度,则是更便宜、续航更长、充电更快/性能更强

你总得佩服那些用一个设计改变世界的公司,比如特斯拉。

2019 年 11 月,特斯拉提交了新的电池专利,半年后专利曝光,也就是现在大家看到的「无极耳电池」。

传统的圆柱形锂电芯将正负极延伸至圆柱结构的两端,并以凸起/凹陷的额外物理结构区分,这个结构叫做「极耳」。

圆柱型锂电池应用于消费电子生活的每个角落,所以物理区分正负极的设计是合理的,甚至贴心的。但当锂电池进入汽车领域,极耳本质上就变成了累赘,只是没有谁认识到这一点,除了特斯拉。

无极耳电池其实也是有「极耳」的,但相比传统电池,它将正负极放在了圆柱的侧面。根据特斯拉的 PPT,无极耳电池的正负极片中间加了隔离层,即使堆叠摆放也不会短路。

无极耳设计的首要好处,是降低了内阻。由于电流移动的距离为两极垂直距离,并非两极长度,无极耳结构使得两极间距离大大缩短,特斯拉称内阻可以降至原来的 1/5。

电阻降低,最直接的好处是降低电池的发热量,同时提高电池本身的充放电极限。21700 结构的特斯拉 NCA 电池包,目前可以承受峰值 250KW 的充电功率,同样配方的无极耳电池可以承受的峰值几乎肯定更高,承受时间也更长。

特斯拉公布了具体的充电时间提升——幅度相当惊人,但是图表中没有纵坐标。

无极耳电池的内部结构如图:

特斯拉对新电池的技术指标提升总结是:+16% 的续航里程、6 倍充放电功率、5 倍能量。同时这张图也官宣了新的电池尺寸和命名——4680,46 毫米直径,80 毫米长度。

除了 PPT 所讲的优势,更低的热量对散热的要求更低,再加上节省了极耳结构,电池包的成本也可以下降——最后别忘了,省去了不存储电能的体积,电池的系统能量密度也可以提升

这就叫举一反三。

2. 新电池工厂

新电池很厉害,但特斯拉得有能力生产出来,才能满足想拥有这份厉害的无数观众。

全新的特斯拉电池生产线,其生产流程灵感来源于两种古老工业:现代印刷和玻璃瓶工厂。

具体的生产流程分成四步:电极生产、环绕电极片、组装、排列。具体的讲解也根据这个顺序展开。

首先是电极,2019 年收购的 Maxwell,如今以全新干电极工艺呈现。相比原来繁杂的湿式工艺,特斯拉如今使用干粉末压制技术代替。

但简化工艺并不意味着更简单的工艺,PPT 上面打着「simple is hard  简约不简单」

前面提到的古老工厂灵感,特斯拉总结为「high speed continuous motion assembly 高速连续动态装配」,组图如下:

广告看完了看疗效,特斯拉表示仅需 1 条新生产线,设计产能就高达 20GWh,可以提供 7 倍的产线输出。

生产出来的电池需要确保充好电才能装车交付,特斯拉同时还设计了全新的充电设施,号称可以减少 86% 的队列成本,75% 的碳足迹。

所有这些设施加持下,新的 Terafactory 产量是 2018 年 gigafactory 的 6.6 倍,同时每 GWh 生产成本减少 75%,每 GWh 碳足迹仅有 1/10。

尺度放大到整个 10 年,特斯拉的计划是 2022 年达到 100GWh 的电池产能,2030 年达到 3TWh,赤裸裸的雄心壮志。

3. 硅纳米线

电池日的官方海报里面隐藏了一个彩蛋,叫做硅纳米线

硅是人类电子生活的基石,从收音机,到超级计算机,硅都是绝对的主角。但为什么将硅应用到电池领域?

CTO 表示首先因为硅是地球上最普遍的晶体元素之一,并且电气性能极其优秀,相比石墨可以储存多 9 倍的锂。

但想要将如此强大的性能付诸实际,特斯拉克服了大量困难。因为参与电池工作之后,硅纳米线容易膨胀变形至 4 倍大,经过多次循环之后容易产生电气隔离等。

特斯拉最终的成果。是将硅纳米线负极作为原料的电池续航提升了 20%。

4. 到底是不是无钴?

负极材料以外,特斯拉电池的正极同样有进展。

目前正极常用的材料里面,钴的成本是最高的,特斯拉也一直致力于降低钴的成本,同时不断提升镍含量。

2022 年「正经量产」的新电池里面,特斯拉明确表示会移除钴元素,并且降低 15% 的正极材料每 KWh 成本。

正如昨天马斯克在推特里面所说,特斯拉会继续使用不同的正极材料,包括磷酸铁锂、镍+锰,和高镍等等的组合——至于是不是真的「无钴」,至少 PPT 没有写结果。

光搞定了材料也不够,特斯拉还表示在正极材料总成本中,加工过程就占了 35%。

传统的整机工艺流程过于繁琐(特斯拉这里写的是‘一堆事情’),并且除了正极材料本身,还会产生大量废水和无用的副产品。

特斯拉的新工艺则号称可以减少 66% 的生产资本投入,减少 76% 的处理成本,最重要的是零废水生成。

以上所有工艺,都会在 100% 电力驱动的车间内完成,同时新工艺可以减少 33% 的锂材料成本。

说到原材料,马斯克向大家保证特斯拉的锂供应完全不成问题:

这里不仅有矿产供应本身,还有特斯拉前不久初露峥嵘的电池回收业务。PPT 显示回收的电池组可以供应 20% 的镍,2.7% 的锂,以及 2% 的钴。

更重要的,是回收业务的成长性。CTO 将其形容为「效果有 10 年延迟的产业」。

5. 车电结合

纯电平台相比油改电,好处就在于专为电池布置设计,效率更高。作为先行者,特斯拉如今拥有更新的成果。

目前全球最大之一的铝材压铸机,可以为特斯拉节约 40% 的底盘压铸成本,同时每辆车减少 79 个零件。

具体的创新则体现在两点:零件尺寸+速度+压力+压铸吨位全面进步无需热处理和特殊涂层的新合金

新的车身结构,如今可以容纳更大胆的设计。马斯克表示传统澳门美高梅网址_为电池包设计的空间有不少是浪费了的,新的特斯拉电池空间利用率明显更高,同时也更节约成本。

具体到数字上,就是每 GWh 的结构成本减少 55%,空间占用减少 35%。

另外还减重 10%、「有机会」提升 14% 续航,减少 370 个零件数量。

以上提过的所有工序加起来,就是特斯拉的新一代电池——说是新一代也许有点谦虚,因为提升幅度之大,完全相当于别家的两代了。

最终的成果是:总里程提升高达 54%,每 KWh 成本降低 56%,每 GWh 生产投资减少 69%。

当然需要提醒大家的是,数据大飞跃,其中也来源于电池体积的增加。我们无法判断特斯拉更多是在「优化」锂电池,还是重新发明锂电池。但从疗效来看,毫无疑问是巨大的进步。

根据咨询公司 Cairn Energy Research Advisors 的报告,特斯拉 2019 年电池每 kWh 成本约为 158.27 美元,也就是说,特斯拉基本肯定能够在 2022 年实现每 KWh 100 美元以下的成绩,甚至可能接近 80 美元/KWh。

这个速度有多快?马斯克最后的 PPT 足以解释一切:

但大家还得记住他另一句原话:「这一切需要 1-3 年化作现实」。

新电池有了,新车呢?

2018 年接受 YouTube 播主 MKBHD 采 访时,马斯克表示 2.5 万美元的特斯拉,可能会在 3 年之后出现。今天电池日上,他正式公布了这款车的存在。

但电池本身都要 2022 年才大规模量产,大家还得多给那个男人一点时间。

相比之下,Plaid 等待的时间远要更短。

作为「only thing faster than ludicrous」,Plaid 版 Model S 拥有超过 1100 匹马力,百公里加速仅需不到 2 秒(Roadsteds/a> 或遭遇退订狂潮?),400 米直道加速不到 9 秒。

特斯拉拉着 Plaid 版 Model S 跑了 Laguna 赛道,成绩是 1 分 30 秒 3,距离纪录保持者迈凯伦 Senna 差距为 3 秒左右。

目前 Plaid 版 Model S 已经开放北美预定,售价为 13.999 万美元(94.9 万元),2021 年底交付——Model S 以性能之名重回 10 万美元价位,你们认同吗?

问答和其他

其实在电池发布之前,马斯克还总结了特斯拉一年以来的成就。

首先他表示「这是了不起的一年(这是真的心大),以后还会有更好的日子到来」。

这里插一个细节,由于疫情,发布会并未设观众席,而是安排了 200 多辆特斯拉车辆,观众们单独坐在车内看演讲,然后以喇叭的形式鼓掌,相当有趣——另外从现场图片也可以看出,黑白特斯拉明显更受欢迎。

其他就是回顾来时的路了,比如上海工厂 15 个月以来飞快的建设速度:

过去四个季度连续的盈利(可惜依然没有进入标准普尔 500 指数);

持续的正向现金流:

交付量全球一枝独秀的正增长(这图嘲讽 Maxxxxx):

最后是超低的车辆生命周期碳足迹:

发布会之后的问答环节,马斯克的发言我们摘录如下:

「距离特斯拉车辆价格直接与燃油车相比,或更低,还有大概3年的时间」;

「看起来像是特斯拉在印钱,其实并不是,只是我们车辆的真实价值很高,使得我们像是在印钱」;

「V2G 听起来很棒,但实际上实用价值比人们想象的低得多」;

「特斯拉的未来,有很大一部分取决于AI的未来,包括如何打造更富娱乐性,更具生产力的工具,但这是个长期目标。Robotaxi 会使你旅途过程中想找事情做,音乐之类的娱乐自然会加入进来」;

「很多中国企业的澳门美高梅网址_都做得很好,但美国企业就没那么多了,包括电池生产、储能等等,但我们会发展到那一步的,我们会一直传播信号,你必须怎样怎样做,否则就会死去」;

「我们已经不数 Cybertruck 订单了,太多了」。

(完)

来源:第一电动网

作者:电动星球News蟹老板

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