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特斯拉:下一个动力电池引领者?

时间:2020-09-30 06:32:35|来源:|编辑:网络|点击:

9月23日特斯拉电池日,相比马斯克要消灭燃油车的豪言壮语,他展示的电池研究成果覆盖电池原材料技术、产品结构化变化、生产工艺制造、整车工程配套等领域全方位创新,但是多数技术停留在理念层面,而缺乏详细的量产落地方案。特斯拉造电池是纸上谈兵,还是未来会成为推动动力电池行业变革的一条鲶鱼?马斯克能否复制其在自动驾驶芯片上的成功?

特斯拉的战略蓝图

2020年特斯拉股东大会上,马斯克表示未来特斯拉要年产2000万辆电动车,对比汽车巨头丰田和大众2019年销量也“仅”1000多万辆,可以看出,马斯克的目标不仅仅是超越传统车企,而是迈向星辰大海。

真锂研究创始人墨柯认为,传统汽车向电动汽车转型肯定是趋势,唯一不确定的是实现速度快慢,如果按特斯拉市占率50%计算,到时候电动车共有4000万辆,汽车电动化率接近一半,这个数据有点夸张,只能表示马斯克看好电动车的决心。

早在2006年,埃隆马斯克就写过一份Master Plan,里面阐述了他的梦想—加速世界向可持续能源发展,并且写出了实现目标的四步走战略。第一步,从豪华跑车起步,奠定特斯拉高端品牌形象;第二步,再用赚到的钱打造更多量的豪华车;第三步,用赚到的钱生产更平民化的车型;第四步,为世界提供零排放的生活方式。以上正是特斯拉这十几年来发展的完美总结,从超跑Tesla Roadster到豪华车Model S和Model X,再到更实惠的Model 3,以及未来可能出现更便宜的Model 2,这些产品从高端小众过渡到平民大众,最后实现电动车的全面普及。

果不其然,在电池日大会上马斯克表示三年后会推出售价25,000美元(约合17万人民币)的车型,这个说法引发了外界的探讨。“高端车虽然单车价值比较高,但能买得起的人少,特斯拉走品牌下沉路线是比较合理的做法。一方面可以构建自己的产品矩阵,形成从豪华车到相对中高端车型甚至到中低端车型的覆盖,另一方面可以增强自己的综合竞争力。” 劲邦资本合伙人王荣进分析道。

决心进军电池自制领域

一方面是有降低电动车成本的需求,一方面是千万辆销量的野心,马斯克认为,目前限制其电动车产量的瓶颈是电池产能不足和电池成本下降速度太慢。不满足于依赖电池供应商,他决定亲自入局,做一条搅动动力电池行业的鲶鱼。

根据他信奉的第一性原理,分析事物从本质出发,电池的原材料价格是透明的,最终成本取决于如何得到该产品,2013年,他将锂电池材料按伦敦交易所价格组合在一起,发现只要80美元/kWh,而当时市面上电池组均价高达663美元/kWh,这也就意味着,市价与终极成本之间有着巨大的降幅空间,甚至未来电池成本价格能做到市价12%,这在当时是不可思议的,但放到现在来看,这个价格实现概率极大。

为了获得更具价格优势的动力电池,2014年特斯拉与松下合资建设超级工厂,一方面锁定产能,另一方面掌握电池生产制造中的核心技术;

2016年,处于锂电领域前沿的加拿大Jeff Dahn团队与其签约,为特斯拉提供前瞻性的研究成果;

2019年,特斯拉收购超级电容公司Maxwell以掌握干电极技术和超级电容技术;

同一年,特斯拉在美国弗里蒙特建立自己的电池实验室和试生产线;

2020年,特斯拉启动代号为Roadrunner的电池项目。除此之外,特斯拉与来自于中国、澳大利亚、美国等矿厂巨头签订了协议,以保证原材料供应。在电池日上,特斯拉还宣布未来要自建正极工厂。

至此,特斯拉一步步完成了从原材料布局、电池基础研发、电芯制造到产线建立所有工作。

盖世汽车研究院认为,马斯克在布局的每一步并不算完美,但他卡位电池生产的基本环节,搭建了一个最原始的制造体系。先建立最初级的系统,然后通过大量实验和试错不停迭代它,不断更新版本直到实现他的目标。

这是马斯克的疯狂之处,也是他的天才之处。

而真锂研究墨柯认为,特斯拉想自己做电池生产容易,但要做出高品质电池比较难。他表示,自2010年电动车发展以来,想自制电池的车企非常多,后来大多都放弃了。目前动力电池市场份额越来越集中,第一梯队的LG化学、宁德时代、松下等公司以前在消费电池领域就是龙头。他们拥有足够的扩产能力,能满足特斯拉电池的主要需求。特斯拉自己建设电池产线,加强对电池技术的把控是有必要的,但产能规模不一定会做很大。如果未来电动车市场发展超出预期,电池供需不平衡了,那特斯拉的产线可以作为备用。

电池日的构思与展望

此次电池日是特斯拉从布局电池领域以来第一次公开亮相,但成果并不喜人。没有成品的电池实物,没有详实的实验数据,没有令人震惊的黑科技技术,马斯克展现给大家的只是一幅他的构思画卷,是又一份展望蓝图,看起来很理想美好的同时也缺乏诚意。

对此,蜂巢源副总经理马忠龙博士表示,大家对电池日失望的原因在于预期太高,动力电池技术创新现在处于瓶颈阶段,它基于锂离子电池发展而来,锂离子电池产业发展比较成熟,现有的技术路径比如三元、磷酸铁锂已经有多年历史,未来要在电化学体系上做创新很难,像特斯拉这样在供应链、工艺生产等应用层面做创新是比较现实的,而且把成本做到非常低的概率较大,这样更有利于商业化推广,这才是其带来的革命性的价值。

这次电池日的主题仍然围绕着降成本和扩产能进行,以结果为导向的马斯克将其拆分为五个部分:电芯设计、电芯生产工艺、硅负极材料、高镍正极材料和电芯车辆集成化,每一部分都运用了他化繁为简的思路—去掉冗余的功能,去掉多余的零件,去掉繁杂的工艺,去掉高昂的材料,去掉中间商赚差价,最终,马斯克认为这个方案能使电池成本减少56%,续航里程增加54%,单位投资额减少69%。

特斯拉电池日直播截图

首先展示的是电芯设计方向的46800圆柱电芯,该技术沿用之前电芯从18650到21700的变大路径,电芯容量更大,体积比能量密度更高。将电芯外形变大是容易实现的,难点在于体积变大后内部散热更难,未来如何解决快充问题。而无极耳技术是解决散热问题的一个方法,通过将电池极耳去除,降低电流实现内阻下降,消除散热。但无极耳技术的主要问题在于极片和圆环盖板之间的衔接有困难,这会影响产品的良品率,增加成本。

据墨柯表示,电池日上提到的干电极技术其实早就运用在锂电池产品中了,只是用量很小。而该技术的优点在于可以简化生产环节,适用于特定场景,但目前也存在未解决的问题,干电极制备的电极更厚,会影响电池能量密度。而马斯克提到的正极材料高镍化无钴化,负极材料的全新硅制备工艺等目前尚未给出具体解决方案,落地较为困难。相对来说,特斯拉更擅长在工程工艺方面做文章。电芯车辆底盘集成工艺能够简化电池结构,把电芯直接放在底盘上,提高电芯集成效率,这跟国内的CTC技术类似,相对来说更容易实现。

对于马斯克提到的在生产工艺流程上做优化,将单条组装线产能增加7倍,实现20GWh产能的目标,墨柯认为“将电池量产化需要极为丰富的制造经验,现在国内做的最好的宁德时代单条产线产能也就2GWh,特斯拉想要做到20GWh这个目标有点大,如果要实现可能还是需要松下等电池企业来协助。”

“此次电池日公布的创新有一个容易被外界忽略的亮点”,马忠龙博士表示,“特斯拉想要直接将原材料矿石做到正极材料端,未来自建正极材料厂,这相当于在供应链层面做整合创新,这个想法比较大胆,有可能倒逼国内上下游产业链加速协同合作,优化生产工艺,降低成本。”

能否再现自动驾驶日的辉煌

马斯克敢于涉足动力电池的自信源自他过去取得的数次成功。

追溯特斯拉整个发展过程,可以看出,其正是通过自研电机电控、BMS系统、电子电器架构、自动驾驶芯片、软件等各个核心环节构筑竞争壁垒,并且大幅降低整车生产成本。2019年4月,马斯克在第二届Autonomy Day上发布了完全自动驾驶Hardware 3.0硬件,展示了FSD芯片强大的参数指标,称其芯片只用七分之一的功耗就能实现英伟达Drive Xavier芯片性能的七倍。

此时距离特斯拉宣布自研自动驾驶芯片只过去三年。

在没有研发基础的情况下挑战一个产业的龙头地位,这种举动只有马斯克能做到。马斯克用他强大的号召力集结了最顶尖的人工智能人才和计算架构设计师团队,用需求定义软件和算法,再由算法定义芯片,省去了冗余的算力浪费,因此他能在短时间内取得重大突破。

当然,在此期间他也遭遇过很多难题和非议,研发节点一再推迟,但从现在来看,努力没有白费。

有了成功自研芯片的经历,马斯克在电池领域是否能取得同样惊人的成就?我们可以从多方面进行比较。

从行业属性的角度看,自动驾驶芯片涉及到半导体芯片、人工智能、计算机等高科技行业,顶尖人才在这些领域起到非常重要的作用,而美国又是高科技强国,因此马斯克在这个条件下找到核心人才是相对容易的。而动力电池涉及电化学体系、材料学等学科,在这些领域虽然美国前沿性研究丰富,但在应用层面创新比较擅长的是日本、韩国这些亚洲国家;

从市场份额角度来说,半导体在美国占据一半以上份额,而动力电池前十由中日韩三分天下,LG化学、宁德时代、松下为三巨头,美国企业在该领域少有存在感;

从研究角度来说,芯片/算法等可以通过大量模拟仿真数据进行尝试,但电池除了在实验室测试,还需要供应链、工艺制造等大量实践经验积累,创新的进展更为缓慢。

从以上三个角度来看,马斯克在自动驾驶领域取得的成功很难直接复制到动力电池上来,他面临的挑战是全新的,而且对手比想象中要强大的多。

面临更大的挑战

对马斯克来说,为了实现星辰大海的梦想,布局电池是明知不可为而为之。

马斯克作为电动车行业的推动者和创新者,无视一切困难和阻碍,用强大的执行力去实现理想抱负的精神值得钦佩。尽管他承认,未来需要大量资金、人才、产业伙伴的配合来一起推进动力电池行业变革。这次他也给了产业界一个讯息,未来将增加从宁德时代、LG化学、松下手中购买电池的力度,这从侧面说明电池日的目标可能需要漫长的时间去实现。

“对于整个动力电池行业来说,特斯拉这么做也有好处,它为电池厂商们从外部提供了一些超常规思考问题的角度和灵感,为大家提供了新的方向”,王荣进说道。这次特斯拉又充当了一条搅动动力电池行业的鲶鱼,推动电池平均成本加速下降,也刺激动力电池产业链加速产业整合和创新步伐。而对于行业未来发展,墨柯认为,动力电池未来会越来越像大宗商品,特点是价格和毛利低,但规模庞大。相当于整个能源行业的粮食和水,虽然便宜但不可或缺。

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