卡在半路的特斯拉電池革新之旅
時(shí)間:2022-09-09 08:29來(lái)源:汽車(chē)商業(yè)評(píng)論 作者:張鷗
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2020年，埃隆·馬斯克（Elon Musk）提出，特斯拉到2030年將達(dá)成每年汽車(chē)銷(xiāo)量2000萬(wàn)輛的成就。
這個(gè)大膽的目標(biāo)是對(duì)股東的增長(zhǎng)承諾，也是推動(dòng)可持續(xù)能源的決心。如果實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)，特斯拉的規(guī)模將大幅跨越歷史上任何一家汽車(chē)制造商，占到全球汽車(chē)市場(chǎng)的20%。
“長(zhǎng)期而言，我們預(yù)計(jì)每年將生產(chǎn)3000GWh電池。”馬斯克在7月告訴投資者，“我們有很大的機(jī)會(huì)在2030年之前實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)，我非常有信心。”特斯拉目前的電池生產(chǎn)能力為100GWh。
且不說(shuō)有沒(méi)有2000萬(wàn)人愿意買(mǎi)，單從制造來(lái)看，在這個(gè)極度缺電的時(shí)代，為什么馬斯克對(duì)于核心組件的供應(yīng)能夠有如此信心？
秘密在于特斯拉開(kāi)創(chuàng)性的電池技術(shù)。
好消息是，與該公司保持溝通的電池專(zhuān)家透露，通過(guò)使用更大的電芯和干式涂層電極的新工藝，特斯拉可以將Model Y的電池成本降低一半，為它的美國(guó)定價(jià)節(jié)省8%以上。
壞消息是，12位熟悉特斯拉和其新技術(shù)的專(zhuān)家一致表示，它只完成了一半。
過(guò)去兩年，特斯拉在削減電池生產(chǎn)成本方面已經(jīng)取得了不小的成果，不僅提高了利潤(rùn)，更擴(kuò)大了它在電動(dòng)汽車(chē)賽道的領(lǐng)先優(yōu)勢(shì)。
電池部件是大多數(shù)電動(dòng)汽車(chē)中最昂貴的元素，因此制造成本更低、性能更高的電池是將定價(jià)控制在更多消費(fèi)者可負(fù)擔(dān)范圍的關(guān)鍵，這些電動(dòng)汽車(chē)可以在價(jià)格上與燃油車(chē)一較高下，更容易贏得消費(fèi)者的心。
特斯拉是僅有的幾家自己生產(chǎn)電池的主要汽車(chē)制造商之一。由于它在美國(guó)工廠(chǎng)生產(chǎn)Model Y的電池，因此也逃過(guò)了2022年《通脹削減法案》最新補(bǔ)貼政策的“毒手”——拜登的新氣候法案要求電動(dòng)汽車(chē)電池需要有足夠的北美制造含量，否則無(wú)法申請(qǐng)稅收抵免。
在路透社采訪(fǎng)的這12位電池專(zhuān)家中，有9位與特斯拉關(guān)系密切，其中3位通過(guò)拆解研究了特斯拉的新舊電池技術(shù)。
2021年10月25日，在日本東京的一場(chǎng)新聞發(fā)布會(huì)上，松下能源公司CEO Kazuo Tadanobu拿著4680電池原型，旁邊是目前供應(yīng)給特斯拉的2170電池（圖源：Tim Kelly / REUTERS）
成功進(jìn)度50%
迄今為止，4680電池實(shí)現(xiàn)了2000-3000美元的成本節(jié)約，大約是它在2年前推出4680電池時(shí)降本目標(biāo)的一半。這2000-3000美元大部分來(lái)自其他方面的改進(jìn)，其中，使用更大的電芯效果顯著。
新的4680電池體積達(dá)到了2170電池的5.5倍。舊的圓柱形電池直徑為21毫米，高度為70毫米，4680電池的直徑為46毫米，高度為80毫米。
老式技術(shù)中，特斯拉需要約4400個(gè)電芯為Model Y提供動(dòng)力，并且有17600個(gè)點(diǎn)需要焊接（每個(gè)電芯有4個(gè)點(diǎn)），以創(chuàng)建一個(gè)可以集成到汽車(chē)上的電池組。
4680電池組只需要830個(gè)電芯，在特斯拉改良了設(shè)計(jì)之后，每個(gè)電芯只有2個(gè)焊接點(diǎn)。將焊接點(diǎn)從17600個(gè)大幅削減到1660個(gè)，很顯然是降本的關(guān)鍵舉措。
更簡(jiǎn)單的設(shè)計(jì)還意味著連接器和其他部件更少，這使得它能夠進(jìn)一步節(jié)省勞動(dòng)力成本和機(jī)器操作時(shí)間。
效率的另一個(gè)來(lái)源是，更大的電芯外殼也更結(jié)實(shí)。特斯拉現(xiàn)在可以用粘合劑將電池粘合在一起，形成一個(gè)剛性的蜂窩狀電池組，然后直接連接到Model Y的內(nèi)部車(chē)身結(jié)構(gòu)。這消除了將電池捆綁成更大的模塊，然后安裝到傳統(tǒng)電池組的中間步驟。
通過(guò)將“電芯到電池組到車(chē)輛”轉(zhuǎn)向“電芯到車(chē)輛”的設(shè)計(jì)，特斯拉可以把傳統(tǒng)的1200磅（544公斤）電池組的重量減少55磅（25公斤）或更多，每個(gè)電池組可節(jié)約500-600美元。
一位消息人士說(shuō)：“增加電池的體積對(duì)提高效率有很大幫助，但推動(dòng)電池單元整體節(jié)省50%的成本就是另一回事了。”
2020年，特斯拉向股東介紹4680電池。當(dāng)時(shí)預(yù)計(jì)體積是2170電池的5倍，儲(chǔ)能原來(lái)的6倍，續(xù)航里程增加16%。（Tesla / Handout / REUTERS）
理想很豐滿(mǎn)
需要攻克的剩下的50%，也是問(wèn)題的核心——亟待解決的干式涂層新技術(shù)。
這一新技術(shù)能夠幫助特斯拉脫離更古老、更復(fù)雜、更昂貴的濕式涂層工藝——它需要大量的電力、機(jī)器、工廠(chǎng)空間、時(shí)間以及勞動(dòng)力。
要通過(guò)濕式工藝中覆蓋電極，電池生產(chǎn)商需要將材料與有毒的粘合劑溶劑混合。完成涂層后，電極會(huì)在大型烘箱中干燥，在此過(guò)程中蒸發(fā)的有毒溶劑會(huì)被回收、處理和循環(huán)利用——所有這些過(guò)程都耗費(fèi)了大量成本。
有了新技術(shù)，電極使用不同的粘合劑進(jìn)行涂層，幾乎不使用液體，便不需要進(jìn)行干燥了。除了更便宜、更快，對(duì)環(huán)境的破壞也更小。
特斯拉表示，更精簡(jiǎn)的工藝能夠幫助該公司將資本支出減少三分之一，并將工廠(chǎng)的占地面積和能源消耗削減至舊工藝所需的十分之一。
特斯拉在2019年支付了2億多美元購(gòu)買(mǎi)了麥克斯韋技術(shù)公司，獲得了這項(xiàng)技術(shù)。在麥克斯韋技術(shù)的基礎(chǔ)上，特斯拉今年開(kāi)始生產(chǎn)4680電池，首先在加州弗里蒙特工廠(chǎng)附近進(jìn)行試點(diǎn)，最近又在德克薩斯州奧斯汀的新全球總部生產(chǎn)。
然而，大規(guī)模生產(chǎn)恰恰是棘手的問(wèn)題所在。正因?yàn)槿绱耍琈odel Y只有部分車(chē)型配備了4680電池。
麥克斯韋公司開(kāi)發(fā)了用于超級(jí)電容器的干式涂層工藝，但電動(dòng)汽車(chē)電池更大更厚，在大規(guī)模生產(chǎn)的情況下很難確保穩(wěn)定的質(zhì)量。
“他們可以小批量生產(chǎn)，但當(dāng)它開(kāi)始大批量生產(chǎn)時(shí)，出現(xiàn)了許多廢品。”其中一位與特斯拉有聯(lián)系的消息人士說(shuō)，“生產(chǎn)收益率太低，相當(dāng)于新工藝的所有預(yù)期成本節(jié)約都付之東流了。”
也難怪馬斯克稱(chēng)這一技術(shù)是“革命性的，但難以執(zhí)行”。
如果遇到了瓶頸的干式涂層和更大電芯的所有潛在能效都得以實(shí)現(xiàn)，Model Y的4680電池制造成本預(yù)計(jì)會(huì)降至5000-5500美元，大約是2170電池成本的一半。
除了大規(guī)模生產(chǎn)，電池材料和能源成本的上升也在進(jìn)一步給預(yù)期成果帶來(lái)風(fēng)險(xiǎn)，而且特斯拉仍未能像承諾的那樣，大幅提高新電池的能量密度。
8月，馬斯克告訴股東，特斯拉將在2022年年底前大批量生產(chǎn)4680電池。
專(zhuān)家們認(rèn)為，特斯拉很難在這個(gè)時(shí)間點(diǎn)之前全面實(shí)施新的干式涂層制造工藝，也許2023年能夠出現(xiàn)轉(zhuǎn)機(jī)。
鋰離子電池的共同發(fā)明人、2019年諾貝爾獎(jiǎng)得主斯坦利·惠廷厄姆（Stan Whittingham）認(rèn)為，馬斯克對(duì)新技術(shù)商業(yè)化的時(shí)間框架過(guò)于樂(lè)觀了。
他說(shuō)：“我認(rèn)為馬斯克會(huì)解決這個(gè)問(wèn)題，但不會(huì)像他希望的那樣快。電池測(cè)試也會(huì)需要一些時(shí)間。”
一旦特斯拉最終在工廠(chǎng)成功部署大規(guī)模干式涂層工藝，馬斯克將手握最佳獨(dú)門(mén)秘籍，2000萬(wàn)銷(xiāo)量可能真的指日可待了。
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