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“钢铁侠”马斯克的电池野望
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日期:2023年1月31日 下午1:53作者:慧泽李 編輯:effie

近日,特斯拉计划在美国内华达州追加投资36亿美元扩建设施,一部分用来制造Semi半挂式电动卡车,另一部分用来生产4680大圆柱形锂电池,规划年产能是100GWh。    

自2014年以来,特斯拉已在内华达州累计投资62亿美元,建造了用于生产汽车电机和电动汽车电池的超级工厂。此次追加投资,是产能的进一步扩张,也说明特斯拉的“规模效应”正在健康运行。

早在2020年9月的特斯拉电池日,马斯克宣布要建造大圆柱4680电池,其电池梦的大幕就此正式拉开。

后来随着得州超级工厂、加州特里蒙特试点工厂、内华达州工厂的相继落地,马斯克的电池梦不断向前推进。

自家的电池当然首先是用于自家车型,根据规划,特斯拉旗下的Model 系列、Semi半挂式卡车、Cyber电动卡车、Roadster 电动跑车等电动车,都将使用4680大圆柱形电池。

关于短期目标,马斯克表示,“对4680电池团队而言,2023年的目标可能是为cyber电动卡车推出一款具有成本效益的电池。”

长期目标则是在特斯拉内部生产超过1000GWh的电池。

目前新能源车企已经实现自研电池的有比亚迪、长城汽车、特斯拉,已经处于自研状态的有广汽、蔚来汽车等。

但,特斯拉堪称是电池自研派的模范生。

01 圆柱电池的引路人

之所以说模范生,首先是因为电池技术路线比较前沿,踩对甚至是引领了风口。

所谓的4680大圆柱电池,顾名思义直径为46 毫米,高度为80 毫米,据特斯拉公布的数据,相较于特斯拉21700电池(直径21mm,高度为70mm)小圆柱形电池,4680电池的能量容量是其五倍,续航里程增加约16%。

目前动力电池的封装种类共有三大形式,即方形、圆柱、软包,其中方形电池是主流。圆柱形电池是锂电池最早出现的形状。方也好,圆也好,技术主流路径的更迭本质上还是成本与性能的不断博弈的结果。

4680大圆柱电池的优势在于以下几点:

其一,4680电池无极耳(全极耳)设计,使得电子运动距离大幅缩短,能够降低电池欧姆内阻,提升电池倍率性能。

其二,圆柱电池对电池产气的容忍度更高,可以兼容更高容量、更高电压的正极,和更高容量的负极。

其三,圆柱电池的单体较大,有利于电池包无模组、电池底盘集成设计。

重点是,大圆柱电池迎合了下游车企的“胃口”。

除特斯拉外,目前宝马也明确4695大圆柱电芯研发计划,其预计在2024年实现量产,规划七年时间内量产100-120GWh 4695大圆柱电池。

传言通用汽车也正在考虑使用圆柱形电池而放弃软包电池。

除了宝马和通用汽车,斯特兰蒂斯、以及沃尔沃也准备转投大圆柱电池的怀抱。

国内方面,蔚来汽车、保时捷、江淮汽车、东风岚图等车企也表示将在旗下中高端车型搭载4680大圆柱电池。

有了海内外车企的站队,说明了圆柱电池的风口还是比较明朗的。

行业前景方面,中金公司预计至2025年大圆柱电池总装机有望超200GWh,占动力电池总装机量约16%。

对特斯拉而言,踏上自研电池的道路,主要还是未来控制成本,保障供应链的稳定,实现利润最大化。

特斯拉自研电池选择圆柱电池的原因:成本最低、寿命最长。

但是目前特斯拉的大圆柱电池离大规模应用依然有距离,旗下电动车的电池来源是依然是宁德时代的方形电池和日本松下的21700电池。

特斯拉得州超级工厂布局了四条4680电池生产线,一条已经投产,其余三条处于调试和安装阶段。

2022年4月,得州超级工厂生产的Model Y车型中一部分已经实现4680电池装车并交付,该工厂另外的Model Y车型则继续装载日本松下的2170圆柱电池。

2022年底,加州特里蒙特试点工厂实现了一周生产86.8万个4680电池电芯的重大突破,这一周产量能够供应大约1000辆特斯拉Model Y电动汽车。

阶段性的成果已经显露,从特斯拉旗下的汽车年前接连降价的动作来看,自研电池的成本控制或起到了一定的效果。

但离完全满足内供的目标尚远,要知道特斯拉2022年的总交付量为131万辆。未来的一段时间,“自研+采购”将是特斯拉电池供给方面的策略。

更重要的是,马斯克的电池梦并非是为了给汽车作“配角”,而是要节外生枝,形成新的业务板块。

02 有外供的野心

跟比亚迪的路径一样,特斯拉虽然自研电池首先是为了内供,但多余的会考虑外销,而且也盯着储能这块蛋糕。

这一点,可以从圆柱电池的正极材料变化中得到印证。

最初特斯拉的圆柱电池的正极材料是高镍三元材料,但后来又新增了磷酸铁锂材料,从2021年开始,特斯拉的储能产品Megapacks所使用的电池转用了磷酸铁锂材料,理由是磷酸铁锂电池的安全性更高,能量密度偏低,成本低,最适合储能。

按照正极化学材料的不同,当前锂离子电池有磷酸铁锂和镍钴锰三元锂两条路径,但三元电池的能量密度更高,通常用来满足电动汽车的长续航要求,但稳定性和耐用性也较差(不适合用于储能);另外在三元电池上游价格方面的“不友好”,让磷酸铁锂更受欢迎,成为动力电池方面的主打材料。

特斯拉生产的4680动力电池使用的是高镍三元正极材料,而其储能电池则以磷酸铁锂材料为主。

马斯克表示,自研的电池既可用于电动汽车,还可用于储能产品,包括专为公共项目和商业项目设计的大型储能电池Megapack和家用储能电池Powerwall。

马斯克曾预计特斯拉Megapack储能业务未来的增长将超过汽车生产业务。这种观点与宁德时代曾毓群预计公司的储能电池业务未来会与动力电池业务相比肩的观点异曲同工。

结合马斯克对储能业务的期待,可以发现特斯拉并非单纯的一家汽车公司,更像是一家新能源综合企业,类似于比亚迪,只不过是有券商等专业机构人士将其定义为汽车公司,这也是不能反映公司的全貌的。

愿景虽美好,但2023年还不是4680电池的高光之年,有不少挑战在排着队等待解决。

03未来的挑战

技术难题方面,需要克服数不清的细节问题,以4680电池的无极耳技术为例,无极耳好处是通过正负极集流体与盖板、壳体的直连,成倍增大了电流在传导时的面积,同时缩短电流传导的距离;弊端是多了集流体黏附工艺,这是全新的挑战。

4680电池的量产难度非常大,主要原因是融合了多项创新技术,比如,其对电池卷绕机的精度要求较高,由于电池体积较大,对齐也更加困难。

另外,4680电池最初放言要使用的电池电极干法涂布技术至今也没落地。

4680电池的负极在计划中将采用碳化硅,以提高能量密度,代价却是成本很高而且供给不足。

有意思的是,在2022年8月,美国的The Limiting Factor技术机构通过拆解4680电池发现其负极中仅由石墨构成,并不含硅材料。

竞争对手方面,在大圆柱电池这一“角斗场”上,包括宁德时代、亿纬锂能、国轩高科等巨头均在发力。

宁德时代在2022年9月宣布从2025年开始将为宝马集团“新世代”车型架构的纯电车型供应圆柱电池。

亿纬锂能首个大圆柱20GWh的工厂在湖北荆门即将建成,实现第一代280Wh/kg的大圆柱锂电池产品的量产。另外又在2022年12月发布新一代4695大圆柱电池,能量密度达到350Wh/kg。

比克动力计划总投资130亿元的常州生产基地正式签约,总占地面积450亩,一期规划建设3条大圆柱电池产线及国际化研发中心,基地建成后产能将达30GWh,即将迈入规模化阶段。

“钢铁侠”马斯克的电池野望

各大电池厂商纷纷入局大圆柱电池,自然会刺激相关原材料的需求,进而引发上游价格上涨,这对特斯拉而言会带来上游价格如何应对的困扰。

总而言之,相对于新能源汽车,从自研电池到完全自供,再到储能板块的崛起,对特斯拉而言,前途依然遥远,且梦且行。

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