特斯拉电池日:一场真诚且硬核的发布会

用一句流行语来形容科技界的发展——

“大人,时代变了。”

曾经的苹果发布会,不管是果粉还是普罗大众,都会被铺天盖地的信息所裹挟,一起加入到这场大狂欢中。

众多二次创作者所创作的苹果发布会图文及视频则会将狂欢的热度延续且扩散,大家在惊叹苹果带来创新的同时,又在期待苹果还能给消费者带来多少惊喜。

但随着乔布斯的离去以及大众对科技发展阈值的提升,近几年的苹果发布会正在丧失最大路人盘的关注,连续创作了四年“X分钟看完苹果发布会”的微博大V谷阿莫也在今年断更。

而今年,另一场与苹果秋季发布会相隔一周的“Big Day”却吸引了全球的目光。

是的,特斯拉的“电池日”终于来了。

这场跳票了小半年发布会,终于在北京时间9月23日凌晨4:45拉开序幕(是的,又跳票了10几分钟)。

虽然不甘心但不得不承认,如今没有一家汽车企业的发布会能如特斯拉一般吸引到如此多的关注,那么,我们熟悉的“硅谷钢铁侠”究竟在这个Big Day给全球带来怎样的“Big Bang”呢?

两个目标

一开场,特斯拉便给出了一个大目标。

在马斯克看来,价格便宜、可储能的汽车才能实现能源的可持续发展,而这需要“太瓦时(TWh)”规模级别的电池生产,这也是特斯拉的最终目标。

如果一年要生产20TWh的电池,意味着需要135家Gigafactorie(特斯拉内华达州千兆电池工厂)这样级别的工厂,因此,要实现这个目标,特斯拉需要迅速扩建工厂。

“但这并不意味着要建造数百个千兆电池工厂,因为从体积的角度来看,特斯拉可以在Gigafactorie还小的空间获得更多的产量。”马斯克解释道。

特斯拉的第二个目标就是提供成本更低的电池,这也是这次发布会的关键。

“每千瓦时电池的成本曲线下降得不够快,我们现在处于停滞不前的状况。”马斯克说道,“特斯拉已经证明我们能生产世界上最好的电动车,现在是时候在电池上做同样的事情了。”

4680无极耳电池登场

在整场发布会的过程中,被提及最多的词就是成本,这也是电动车能否被市场接受的关键因素。为了达到降本的核心目的,特斯拉提出将从电芯设计、电芯生产、正负极材料以及电芯汽车集成化五个方面来改善。

对于此前猜测最多新电池类型,最终公布的答案并没有带来太大的惊喜——便是在一周前透露的大圆柱电池,这款名为4680(直径:46mm,高度:80mm)、采用无极耳设计的电池,与目前松下提供的2170电池相比,能量提升了5倍,功率提升了6倍,续航里程提升了16%。

据介绍,之所以选择46毫米的尺寸,是因为在这一数值上,电芯表现出了最高效的充电效率。

“增加功率和密度而改变尺寸会带来热管理问题,这也是我们团队要克服的挑战”,特斯拉动力系统和能源工程部门负责人Andrew Baglino表示,“我们想出了无极耳结构来解决热问题,新设计意味着更简单的制造、更少的零件和更短的电子线路长度,从而保证我们能达到最低的成本与最简单的制造过程,仅电池形状和大小的改进就能将每千瓦时的成本降低14%。

马斯克透露,特斯拉已经在加藤路工厂(Kato Road)工厂开始生产新电池并即将开始10GWh的试点生产,而该工厂达到10GWh的生产能力大约需要一年时间,而电池的生产最终会在柏林进行

不过,如马斯克本周一在推特上透露的消息一样,新电池设计和制造过程尚未完全完成,全面投产还需要三年时间。

除了新的电池设计,马斯克还介绍了一系列的制造工艺改进,例如消除溶剂添加步骤、干电极涂层等等,当然这需要制造新的生产机器并花费相当多的时间精力。

马斯克表示,这些改革,加上新的制造机器的进步,将使一条生产线的产量提高7倍。

目前,特斯拉将继续与现有电池供应商合作,其自产电池的短期产能目标是在2022年达到100GWh,2030年达到每年3TWh

正负极材料及结构创新

在负极材料上,并没有出现此前外媒推测的硅纳米线,但依然出现了硅的身影。

为了解决硅在充放电过程中体积膨胀的问题,特斯拉将采用新的生硅材料来制作电池,制造成本低至1美元/千瓦时,同时,续航里程将提高20%。

正极材料方面,特斯拉提出,在正极材料的成本结构中制造过程占了很大的比例,与镍材料的成本相当,占比达35%。

因此为了进一步降低电池成本,在工艺流程上,特斯拉也进行了一系列改革。

(正极材料生产成本明细)

从传统正极材料生产和特斯拉正极材料生产步骤对比可以看到,特斯拉对整个生产过程进行了精简,减少了源头金属硫酸盐的生产,同时,最终的产品并不包括废水与不需要的副产品,做到了水资源的0浪费。

(传统正极材料生产步骤与特斯拉正极材料生产步骤对比)

在这一套生产步骤的改进下,正极材料生产的整体投资成本将减少66%,生产过程成本将减少76%。

Baglino透露,特斯拉正在北美建立正极生产工厂,并将在那里建立锂转换工厂,这将为他们减少80%的材料流通里程,同时,特斯拉已获得美国内华达州一个锂矿的开采权。

“整个正极材料生产流程的改善,将为电池最终的生产成本带来12%的下降。” Baglino说道。

电芯与汽车设计一体化

最后一个改善层面来自于电池与汽车设计的一体化。

特斯拉重新设计了电池包集成到汽车中的方式,电池不再只是汽车的能量来源,还成为了汽车的结构件。

“这项创新的灵感来自飞机机翼上的油箱。”马斯克解释道,“所有的现代飞机,油箱就是机翼的形状,这绝对是可行的方法。对于飞机,油箱不再是货物,它也是飞机结构的基础——这是一个重大突破。我们也在汽车上做同样的事情。”

(上:早期飞机机翼,蓝色部分为油箱容量,红色外框为多余的结构件;下:现代飞机,油箱就是机翼)

马斯克指出,通过将电池转化为汽车的一个结构部件,能做到相比把电池中现有的结构支撑去掉还能减轻更多重量,原因在于电池本身就承担了很大一部分支撑的工作。

“这看起来可能违反常规,但实际上让整个车辆更安全。”马斯克说道。

(新结构电池将实现轻量化与高续航)

特斯拉将通过制造一种填充物来实现这一点,这种填充物也是一种结构粘合剂,也可以作为一种阻燃剂。

“它(结构粘合剂)将有效地把电芯黏合到上下盖板上,实现剪切力在上下层之间的移动。”马斯克解释道,“实际上,这个三明治结构会给你带来难以置信的强度,同时,这比在飞机上的效果更好,因为飞机的燃料是液态的。”

最终的结果就是特斯拉车型的结构将比任何普通汽车都坚固,更有利于整体安全,这也意味着电池将更高效。

“我们还可以把电芯移到更靠近汽车中心的位置,因为我们没有其他支持结构件。”马斯克说道。这就减少了电芯在碰撞中可能受到的侧面冲击,也意味着电池不太容易因碰撞发生起火。

相对于目前的特斯拉的电池设计,新结构设计减少了370个零件,整体结构减重10%,大大降低了成本和潜在的故障发生情况。

当然,这样的电池设计需要搭配整车车身的一体化设计,这也是目前特斯拉的功课之一。

最终,关于电池生产的五个方面改善提升后,将带来电池生产成本56%的下降(美元/KWh)、投资成本69%的下降(每GWh产能投资)以及续航里程54%的提升。

20万元以下全自动驾驶车型将在三年内生产

在发布会的尾声,马斯克还谈到,“目前最困扰我的一件事是我们还没有一台真正买得起的电动车,这是我们将来会制造的东西。”

可以说,特斯拉已经进入了其三步走战略的第三步:打造价格低、普惠性的电动汽车。

随后,马斯克补充说道,特斯拉将在三年内生产一款价格为2.5万美元(约17万人民币)的全自动驾驶电动汽车。同时,特斯拉未来长期生产目标是每年2000万辆。这不禁让人为我们的新能源车企捏把汗,这款产品的推出,特斯拉不仅是在成本上实现了突破,更是在用户价值上实现了质与量的飞跃,我们的国产自主新能源汽车,是否已经做好准备迎接这个更大浪潮的来临呢?

对于全球新能源行业来说,今年最值得关注的“Big Day”终于落下了帷幕,可以说这是一场硬核且真诚的发布会。在新电池的发布方面,由于在电池日的一周期前就已经有所曝光,对于无极耳大圆柱电池的发布大家并没有太多惊喜。但在具体的技术细节的披露上,特斯拉依然给我们带来了理工男般硬核且直接的阐述。

而这一切围绕的核心就是四个字——降本增效。

这也是我认为这是一场真诚的发布会的原因。

目前,新能源汽车面临的核心问题便是何时能与燃油车实现全生命周期的对价,而这个关键便在于电池成本的下降,同时,如何在这个过程中实现能源的可持续发展,也是企业不得不考虑的难题。

不得不说,特斯拉在这方面所做的努力与坚持,值得一句“Respect”。

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