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押注Gigafactory:起底特斯拉电池技术规划

汤浅汽车蓄电池   2017-02-08 10:50:08

  对于一辆特斯拉来说,电池成本超过了50%,是贵的单体零件。比起17英寸屏幕、自动驾驶、鹰翼门这些商品性的元素,电池技术的进步与否,从根本上决定了特斯拉的未来。

  自2008年以来,特斯拉的电池成本已经削减了一半,在此基础上电池容量提升了60%。这在很大程度上得益于Model S的畅销,规模化生产降低了成本,同时反过来促进了电池技术的改进。

  不过,近20年来,锂电池技术虽然有很多理论性的突破,但在商业层面依然脚步缓慢。电池成本的降低主要还是依靠批量生产,电池本身在应用层面并无实质变化。这是为何特斯拉要自建Gigafactory。

  作为三元锂电池的拥护者,特斯拉的Gigafactory是一部大戏的高潮部分。8年前,特斯拉Roadster验证了特斯拉的电动技术;3年前,Model S在全球引爆,让特斯拉奠定了超前的技术基础;在今年,Model 3以超过37万的预订数量,为Gigafactory的存在提供了价值依据。

  Model 3的成功与否关系到特斯拉的命运,而背后的决定因素是Gigafactory。上周,Gigafactory一期工厂对外开放,外界正式目睹了这个全球面积的工厂真容。按照规划,在2020年之前,特斯拉及其合作伙伴将在Gigafactory上投入50亿美元。

  当然,Gigafactory并非特斯拉的独角戏。松下作为电池技术的战略合作方,也会投入16亿美元。一切顺利,Gigafactory在全部完工后将成为全球的锂电池生产基地,每年产能高达150GWh(的电池组),足够支持150万辆特斯拉的生产。

  规模化的生产,其直接效应是电池组成本的大幅降低。目前,特斯拉电池组的成本价格是约200美元/kWh。加上电池组的其他零件(冷却液、电路板、保护壳)和包装,一个90kWh的电池组的价格在3万美元左右。

  Gigafactory的投产(以Model 3的订单为基础),有望使得特斯拉的电池成本,在2020年前后降低到100美元/kWh。这意味着Model S的成本价格能够降低至少20%,在续航不断改进的同时,在豪华D级车中的竞争力进一步增强。

  而对于Model 3来说,100美元/kWh的成本,也会使得其在3.5万美元的定价下,确保足够的利润空间。这是一个革命性的节点。此后,特斯拉可以彻底摆脱对于政府补贴的依赖,特斯拉的中、高端车型将进入极具竞争力的价格区间。

  松下长期以来为特斯拉供应18650电池。在Model 3正式投产后,除18650电池外,特斯拉还会选用20700电池作为新的电芯。当然,电池的阴极依然是三元材料(镍、钴、铝)。

  在确保电池成本降低的同时,特斯拉还要尽可能增加电池容量。目前,特斯拉有60kWh、75kWh、90kWh三种电池组型号。这三种型号其实并非简单的电池包叠加得来的。

  具体来说,60kWh是由14个电池包(每个电池包384个电芯)组成的。在75kWh之前,还有一个70kWh版本,但后来被75kWh取代了。这个70kWh版本,是在60kWh的基础上,增加了两个电池包而来的。

  至于75kWh,则是在70kWh的基础上,通过替换新型电芯而实现的。也说,电池组的基本架构不变,但单个电芯的容量增加了。这其中的技术奥秘,在于电池的阳极上。

  在特斯拉使用的镍钴铝酸锂三元电池中,阳极使用的是石墨材料。特斯拉通过在石墨中加入少量的硅元素,使得阳极存储锂离子的能力增加。相比石墨,硅原子之间的存储空间更大,能否容纳更多锂离子。

  但是,硅元素在吸收和释放锂离子的过程中,其体积变化比较大,容易造成化学元素衰减,从而降低电池容量。所以,在确保电池稳定性的前提下,特斯拉在逐步添加硅元素至阳极85kWh升级为90kWh电池,也是这样的原理。

  在特斯拉已规划的电池序列中,100kWh和120kWh已经提上研发日程。除了增加电池包数量(偶数个)外,单个电芯容量的增加,也是因素之一。而增加硅元素在阳极的含量,则是特斯拉电池续航增加的根本原因。

  除推广自动驾驶外,特斯拉本质上依然是电动车制造商。Gigafactory的落成,对于特斯拉的市场竞争来说是一个盖然性的优势。到,400km 的续航已不是不可逾越的门槛,电动车的竞争本质上是成本的竞争。

  而成本竞争的关键因素,是电池。目前,通用、奥迪、宝马、奔驰、阿斯顿·马丁等传统汽车厂商都提出了打造纯电动豪化车的计划。他们在电池解决方案上,主要采用的是三星、LG的产品。相比已经跟特斯拉“互抱”大腿的松下,后者优势不言自清。

  以Gigafactory额定的产能,除供应特斯拉车型和Tesla Energy产品外,还有很大可能性会跟竞争对手建立合作,比如为奔驰提供电池方案。这种关系,好比三星为苹果提供零部件,但两者互为死对头一样。

  从Gigafactory的角度看,特斯拉更多的是一家电池能源供应商。目前,投入运作的Gigafactory一期工程,已经开始为Tesla Energy生产电池包产品(Powerwall 和Powerpack)。

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