一家拥有「持续领先」电池前瞻技术的公司
2020 年 2 月 11 日,特斯拉首席执行官 Elon Musk 在推特上透露,今年 4 月特斯拉将在 Giga New York 工厂举行特斯拉「电池投资者日」。
这是 2017 年 10 月工信部发布的第十二批免征车辆购置税的新能源汽车车型目录,从表中我们可以发现,在 Model 3 已经量产交付的时间点,国内大多数品牌的纯电动车只能做到 200-300 km 的 NEDC 续航,最出类拔萃的也不过 400 km,差距超过 60%。
那么问题来了,行业的主流水平与特斯拉的差距有几年?
2019 年 9 月广汽新能源正式发布了 NEDC 续航 650 km Aion LX,这是属于特别出类拔萃的。小鹏、蔚来、威马、比亚迪、荣威等品牌 NEDC 续航达到 600 km 以上的车型,量产交付的时间点基本都在 2020 年下半年到 2021 年。
如果把目光放到国际市场,宝马在今年日内瓦车展上刚刚发布的 i4 概念车预计 2021年量产,WLTP 续航 600 km。
再往前推 4 年,特斯拉发布了 Roadster 跑车,率先使用了松下的 18650 电池作为动力电池,在基于莲花 Elise 的车身里塞进了 53 kWh 电池组,实现了 231 英里的 EPA 续航,成为了当时世界上续航最长的纯电动跑车。
可以说特斯拉通过技术手段,成功地利用了三元锂电池的优点,规避了缺点。
在特斯拉率先尝试了三元锂电池之后,整个行业对三元锂电池的看法逐渐开始发生转变,而中国新能源补贴政策中能量密度的门槛也在不断提升,通过政策的手段引导车企放弃磷酸铁锂,换用三元锂电池。
这是特斯拉第一次引导整个行业技术路线的转变。
时间来到 2016 年,这一年特斯拉推出了全新的 2170 三元锂电池,正极材料中「镍」的比例大幅提升,「钴」的比例大幅下降,正极材料中「镍」的比例达到了 90%,而 2016 年行业的主流水平只有 40%。
更高比例的「镍」可以提高电芯的能量密度,但是带来的弊端是更差的热稳定性,极低的「钴」含量可以大幅降低电芯的物料成本,但是带来的弊端是更低的快充速度。
但是从结果来看,特斯拉成功地利用了高能量密度以及低成本的优势,通过在 Pack 中布置更长的液冷管路、预留泄压孔、单个电芯设置熔断保护装置等方式克服了高能量密度 2170 电芯的缺点。
特斯拉自研的渗透率正在不断提高
在 Model S 上,特斯拉采用了松下的 18650 电芯,Pack 的封装为特斯拉独立完成。
到 Model 3 上,不仅 Pack 的封装技术是特斯拉的,采用的 2170 电芯也是特斯拉与松下共同研发,并且在特斯拉 Gigafactory 1 生产的。
回顾一下特斯拉在电化学领域的举措即可发现,特斯拉一直在探索电芯的核心技术。
2015 年 6 月 16 日特斯拉 CTO JB.Straubel 和特斯拉首席电池科学家 Kurt Kelty 拜访了达尔豪斯大学,并与 Jeff Dahn 研究小组签署了合作协议,合作关系于 2016 年 6 月正式开始。
在这里简单介绍一下 Jeff Dahn 研究小组。
Jeff Dahn 本人是达尔豪斯大学物理系、大气科学系和化学系的教授,专注于锂离子电池的研究,一共发表了超过 640 篇论文,并且有 65 项发明被授予专利或已申请专利。
维基百科中对 Jeff Dahn 的介绍有一句是「He is recognized as one of the pioneering developers of the lithium-ion battery.他被认为是锂离子电池的先驱之一。」
Jeff Dahn 研究小组目前一共有 31 人,2008 年开始研究储能材料的物理和化学性质(主要是在锂离子电池领域),最关键的是他们的目标就是提高电池的能量密度、提升电池安全性、降低成本并提高电池的循环寿命,从而降低汽车和储能应用的成本。
对于用户来说,带来的实际好处就是续航更长同时价格更低。
而超级电容则是一种可以满足短时间大功率充放电,且适合在极端气候环境下使用的一种电量储存设备。
该技术完美地补足了传统锂电池短板,虽然现在的锂电池基本可以满足日常使用的需求,但是在特斯拉的家谱里还有 Cybertruck 和 Semi 两个重量级的车型,为了满足更加广泛的使用需求,这项技术必不可少。
Gigafactory 本是件好事,规模化生产可以满足 Model 3 车型对 2170 电芯的需求,还可以降低生产成本。
但是随着特斯拉销量的不断提升,两者的矛盾日益激化。
2019 年 2 月特斯拉财报电话会议上,Elon 表示制约 Model 3 产能的最大原因是超级工厂电芯产能的不足。而松下担心特斯拉无法达到目标的销量,遂冻结了对 Gigafactory 1 的投资。
在管理方式上双发也存在一些分歧,Elon 推崇纳米管理,把所有工作细化、量化、标准化、流程化,尽量在现有设别的基础上实现更高的效率。但松下习惯让下属各部门自行解决问题,不必把所有问题都推向高层。
松下也因为特斯拉对价格的打压,难以从中获得利润,同时对 Gigafactory 产线持续大量投资,导致松下锂电池业务总体依旧处于亏损状态。
松下与特斯拉在产能与成本方面的分歧越来越严重,特斯拉的目标是提高产量,降低成本,但想要达到这个目标,中间隔着供应商松下。
特斯拉为了完成自己的目标极有可能一脚把松下踢出局,毕竟特斯拉现在有资本了,这样的事在特斯拉身上可以找到相同的案例。
在最初一代搭载 Autopilot 的车型上,特斯拉采用了来自 Mobileye Q3 的视觉感知芯片,但是随着特斯拉野心进一步扩大,对算力的要求越来越高,在搭载 Autopilot 2.0 的车型上,特斯拉换装了来自英伟达的 Drive PX2 中央处理芯片。
随着 Autopilot 每次迭代升级,Drive PX2 的算力也无法满足特斯拉 8 路视频信息的处理了,而市面上又没有一款能够令特斯拉满意的自动驾驶芯片怎么办?
自研。
Hardware 3.0 芯片应运而生。
除此之外,特斯拉的研发人员也多次在 Linkedin 上招聘电池设计人员、测试人员,并表示「快加入我们,锂离子电池制造技术!」、「开发世界一流电池制造技术,以实现下一代低成本、高性能的电动汽车和储能产品。」。
这就是特斯拉对待供应商的态度,当你可以满足我的需求的时候,我们可以愉快地合作,但是当你逐渐限制了我的发展的时候,我也会随时放弃和你的合作。
从 Pack 自研到合作开发电芯,再到自主研发生产电芯,特斯拉在核心技术上的自研渗透率正在不断提高,如果竞争对手们还没有意识到自研的重要性,那注定只能成为特斯拉的追随者。