解读特斯拉电池日核心技术 是创新者还是追随者?

传感器技术 2020-09-25



在电池领域,特斯拉还只是个新手。

特斯拉昨日发布了新一代的4680电池,在续航和成本上都有明显进步,引起汽车和科技圈的热烈讨论,甚至还有特斯拉掀起了新一轮电池技术革命,要抢电芯企业饭碗的声音。
但事情并没有这么简单。

▲特斯拉电池日活动现场
特斯拉虽然凭借在自动驾驶和智能座舱领域的强劲技术实力和先发优势,在电动车领域战无不胜,获得冠军位置。
但在动力电池领域,其还是一个后来者和追随者的角色。
不管是大号电芯的结构设计,高镍低钴、硅基等材料革新,还是CTC的装配工艺,在动力电池产业并不是新鲜,都是中日韩企业已经量产,或者正在研发中的技术。
与此同时,发布一项技术跟量产一项技术完全不是一个概念。马斯克自己在发布会上就明确表示,量产比研发要难上超过百倍。
特斯拉虽然秀出了一些技术概念,但在可量产性和领先性上,其实并没有超过专业的电芯企业。动力电池领域的主角,一定时间内仍然将是宁德时代、松下、LG等龙头企业。

高镍低钴大电池已成共识 电芯企业早已显出身手

特斯拉昨天推出的新电池,第一个变化是尺寸升级,从2170变为了4680,几乎粗了一圈,电池容量和输出功率都有数倍的提升。
这种不断将电池做大的玩法,在电池行业已多次上演。
松下最开始给特斯拉提供的是1865电芯,随后升级至了2170规格;国内的宁德时代在2016年起也开始走大电芯路线,单个电芯容量从50Ah升级到150Ah又到了300Ah,容量也是不断翻倍。

▲特斯拉展示的新款电芯
一位动力电池技术专家告诉车东西,电池做大确实提升容量和功率,但也会有一系列难题,比如发热量加大、卷绕层增加影响电芯一致性、电流提升影响快充性能和寿命等问题。
特斯拉给出的一个解法是取消极耳降低内阻。
这一做法看似新鲜,但其实电池企业里已经普遍在用,核心原理是尽可能多的增加极耳(将极耳放在圆柱体的边缘而非中间),当极耳数量多到一定程度,就相当于是没有极耳了。

▲特斯拉新款电芯内部无极耳
只不过特斯拉将其称为无极耳技术,而电芯企业将其叫做了全极耳技术(事实也确实如此)。
材料上,特斯拉展示出的正极高镍低钴(无钴)和硅基负极技术不仅是业内共识,甚至已经早已投入量产。
比如特斯拉Model 3搭载的松下2170电芯、宁德时代2019年量产的NCM811电芯,镍与钴的比例均是八比一,是标准的高镍低钴产品。
硅基负极材料上,中科院欧阳明高院士2019年底就透露,宁德时代的高镍三元正极和硅碳负极电池(第二代NCM811电芯)的能量密度已经达到304Wh/kg,并将在今年投产。
相比之下,特斯拉的新电池目前还仅仅是处于研发阶段,真正量产至少要等到2022年左右,技术领先性高下立断。

CTP技术国内已经量产 宁德时代CTC也在路上

特斯拉新电池的第二个重点是要跟车身结构进行匹配——即直接将电芯装入车辆底盘的CTC技术,从而进一步降低电池组的重量(也就是降低整车重量),提升车辆续航表现,同时还能节约成本。

▲特斯拉新电芯可直接装入底盘
从发布时间上来说,特斯拉这项技术其实是追随了电池企业的脚步。
比如宁德时代在2017年就已经实现了CTC技术的前身——CTP无模组技术的量产,基于CTP技术的磷酸铁电池已经大量装车。2019年,其又在三元锂电池上实现了CTP技术,并率先在北汽的乘用车上实现量产搭载。
今年上半年很火的比亚迪刀片电池,也采用的是CTP技术。基于这些技术积累,电芯企业又率先迈入了CTC时代。
在今年8月份的一场行业论坛上,宁德时代董事长曾毓群透露正在与客户联合研发CTC技术,其目标不仅仅是将电芯集成到底盘,还会将三电系统,以及DC/DC、OBC等高压部件纳入进来,并通过动力域控制器优化动力分配降低能耗。
基于这种设计,电动车的续航预计可以达到800~1000公里,并且性能和成本都可以直接和燃油车叫板。
很明显,特斯拉的CTC技术不仅比宁德时代公布的更晚,其在集成度上其实也并不领先。
电池和装配工艺之外,特斯拉还规划了一个磷酸铁、镍锰、高镍电池同步走的发展路线,分别对应入门的乘用车型/储能设备、长续航乘用车、商用车/皮卡。
这种多路线发展的模式,其实也正是国内外车企和电芯企业正在践行的做法。
比如宁德时代就规划有磷酸铁、NCM523、NCM523高压和NCM811等产品线,其中磷酸铁供给成本敏感的入门车型,比如北汽的EU5;811电芯供给宝马iX3等高端车型;523电芯则给中端车型使用,满足不同车企的需求。

电池需求将暴增 电芯产能仍在龙头企业手中

电动汽车已是未来趋势,中国、美国、欧洲地区电动车销量不断增长,这意味着对动力电池的需求也将迅速爆发。
按照特斯拉的预估,2030年全球电动汽车需要的动力电池数量高达10TWh(10000GWh)——现有的电池产能完全是杯水车薪。
因此特斯拉也将加大电池产量来满足需求,同时也开始涉足上游的锂矿开采、下游的动力电池回收业务。
特斯拉的目标是2022年电池工厂产能要达到100GWh,2030年达到3TWh。
且不说2030年的恐怖数字,仅100GWh的目标就相当夸张。
2019年全国动力电池装机量总计也就刚超过60GWh,特斯拉现在只有一座电池工厂,年产能15GWh,满足特斯拉自己的需求都捉襟见肘。2年内再新增85GWh,实现起来非常有难度。

▲特斯拉的电池工厂
事实上,面对未来庞大的动力电池需求,现在也只有一线电芯企业才有实力进行布局。
LG电池目前在韩国梧仓、中国南京、美国霍兰德和波兰弗罗茨瓦夫共有四个工厂,总产能70GWh。其最近两年也不断对这些工厂进行扩建,提升产能。同时还与吉利、通用在合资建厂,规划了40GWh的产能,预计最近一两年能达到110GWh的规模。
宁德时代财报信息显示,2019年总计拥有58GWh的产能,同时还花费数百亿元在车里湾、湖西、江苏、四川同时开建四个生产基地,总计将新增97GWh的产能。同时,其还在欧洲规划了工厂,几处加起来总产能超过160GWh。

▲宁德时代产能扩建项目
宁德时代和LG是全球最大的两家动力电池供应商,仅这两家的产能加起来就超过200GWh,毫无疑问未来几年内仍将是全球动力电池市场的主要供应商。
保证产能不仅仅是建厂,还需要在上游的矿物开采、下游的电池回收领域进行布局。这方面,龙头电芯企业显然走得更快更远。
宁德时代去年斥资5500万澳元获得了澳洲锂矿公司Pilbara Minerals 8.5%的股份,同时还是北美锂业、北美镍业公司的股东。2013年宁德时代就已收购广东邦普开始从事电池正极材料回收业务,并与上汽等多个车企展开合作。
相比之下,特斯拉在今年才进入锂矿开采领域并提出了材料回收技术,节奏明显落后与电芯企业。

结语:中国新能源产业不能起大早赶晚集

虽然特斯拉这次没有发布特别开创性的技术,但它的入局还是传递了一个清晰的信号,就是以特斯拉正在宁德时代、松下、LG等头部电池企业开辟的长续航+长寿命+降成本+高安全综合技术路线上快速追赶。
而国内此前还在讨论究竟要不要放弃三元高镍路线,回归磷酸铁锂的老路。如果夜郎自大、固步自封,就会放弃中国发展新能源产业10多年来积累的先发优势。
特斯拉虽说是电池领域的后来者,追随者。但如果它在未来将新一代电池、超大规模产能还有储能领域的目标全部实现,它就真正实现了新能源领域的完整闭环。
这样一来,凭借特斯拉的领先位置,又将让新能源产业的话语权和标准制定权回到美国手中。
正如宁德时代董事长曾毓群此前演讲中所言,“中国的新能源产业,不能起个大早却赶个晚集。”

 

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