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特斯拉“秀肌肉”未遂
新能源 汽车 系列第④篇
作者:松松
排版:松松
本文是事件点评。北京时间9月23日凌晨,美丽的加州终于迎来了特斯拉“电池日”活动。
一年一度的“电池日”是特斯拉“秀肌肉”的时刻,一般都在5月举行,但今年受疫情影响拖到了上周。
还是因疫情影响,这次的“电池日”有点特别。首先场地选在了室外,其次参会者也不是像过去一样,排队排的坐在凳子上听马斯克“畅想未来”,而是都坐在自己的特斯拉车里,用喇叭声表示欢呼和支持。
这场景,乍一看以为来到了特斯拉专用停车场,有些喜感。
这次“电池日”让马斯克财富缩水不少。“电池日”结束的当天,特斯拉盘后股价由涨转跌,一度下跌7.6%,市值缩水300亿美金,约合2033亿人民币。
当然股价下跌并非一定是由电池日事件驱动。近期大环境不好,本就涨少跌多,尤其是特斯拉这种偏贵的 科技 股,这种情况下股价更容易大幅波动。但不得不说,这次特斯拉秀出的肌肉并不惊艳,也没超市场预期。
一句话评价这次的“电池日”:特斯拉并未提出创新型的技术,没有对已有的电池体系做颠覆,而是仅对一系列技术进行改进,推动电车的降本增效。
我们采取先扬后抑的行文结构,按照老规矩,划分为几个部分:
01特斯拉“秀”了什么
02不及预期与不确定性
03一些判断与思考
01特斯拉“秀”了什么
简单总结下,特斯拉在“电池日”提出1个电池、4大技术、2大车型还有些零零散散的规划。
“一个电池”
之前的文章我们谈到,目前特斯拉的Model3采用的2170型电池。在这次“电池日”,特斯拉推出下一代NCA电池-4680型电池。
4680型顾名思义,指的是直径46mm,高80mm的圆柱形电池,和老款的2170型相比高差不多,直径明显是大了一圈。
大的电池单体能量密度较高,这意味着组建同等能量的电池包需要的电池个数减少,其他的零部件也会相应减少,成本会降低。
这和比亚迪采取的思维方式刚好相反。 虽然二者的目的都是提升电车的续航、控制成本。
比亚迪是走LFP路线,成本相对便宜但是电池单体能量较低,因此比亚迪采取刀片技术把电池做薄,车内能多装一些,从而增加里程。
而特斯拉的NCA路线单体电池能量相对更高但却更贵,因此干脆把电池做的更大、能量密度更高,通过少装几个控制成本。
公司宣称该型电池单体能量较之前提升5倍,转换续航提升约16%,功率提升6倍,单从数据上看,再次领先其他竞争对手一个身位。
与电池相关的就是产能。从当时直播的画面来看,4680型电池已经在特斯拉位于加州旧金山的费利蒙(Fremont)电池工厂进入试产阶段。
预计2021年底前形成10GWh有效产能,2022年底前形成100GWh产能,2030年形成1000GWh产能。
“4大技术”
第一,无极耳电池技术。
说实话,这个无极耳技术的原理我没咋看懂,只能大概讲一下。
原本每一块锂电池都有电池极耳。 电池极耳的作用是将正负极极片间传导出的电子引流至电池外接电路,最终形成有效电流。 【1】
换句话说,电流必须流经这些极耳才能到达电池单元外部的连接器。但是,当电流必须一直沿着阴极或阳极流到极耳并流出电池单元时,电阻也会随着距离的增加而相应提高。
此外,由于极耳是额外的零件,因此增加了成本并带来了制造难度。【2】
因此,特斯拉将极耳去掉,直接将各层靠近两端位置改用导电材料,使其直接传输电流,从而避免了电流在极耳中传输的损耗。【3】
除了降低损耗,无极耳设计省去了繁琐的焊接工艺,使得生产速度提升7倍,进而降低成本。无极耳电池技术将应用于4680型电池中。
第二,干电池工艺。
在生产锂离子电池时,正极和负极材料需要分别被涂覆在对应的集流体上。集流体一般是铝箔或铜箔。
传统生产工艺中,这种涂覆需要一种特殊的粘合剂与正负极粉末混合从而与集流体粘贴。这种特殊的粘结剂由两种化学药剂组成,其中一种是高毒性、易挥发的有机溶剂NMP(即N-甲基吡咯烷酮溶剂)。
正因为存在NMP,传统生产工艺中需要大量的烘干设备(一般一条产线约100米长,烘干设备占到约60米)来去除电极极片中的NMP和水分,这无疑延长了生产周期同时增加了生产成本。
而特斯拉通过并购电池公司Maxwell获得了干电池技术。干电极工艺使用的是固态粘结剂,完全不用NMP就完成涂覆。因此干电池技术可以提高单条产线的产能从而降低成本。
第三,包覆硅负极技术
之前的文章我们分析过,多年来,新能源电池的负极技术变化不大,主要是采取基于人工制成或者天然生成的石墨作为负极材料。
但是石墨的比容量有限(一般为372mAh/g),因此现在的热点是把石墨换成理论容量更高的硅基负极材料(一般为4200mAh/g)。
比如特斯拉在2018年年底推出的新款高续航Model3就是采用了高镍NCA结合硅碳复合负极材料,首次让续航能力突破600公里。
但是目前的硅基负极材料有明显的缺点,比如在经过多次充放电循环后会有明显的体积膨胀,循环寿命缩短且容易引发安全事故。
因此目前硅只能被极少量(3%~8%)地加入到石墨负极来使用。不过这次“电池日”,特斯拉收购的专注研发硅负极的初创公司SiLion有了新的解决方案。
SiLion采用的新型硅负极技术。针对传统的硅碳负极的膨胀问题,新技术将不导电的弹性材料涂覆于硅负极上,形成稳定的网状结构,抑制膨胀。
对金属硅进行包覆,一方面稳定硅的属性,另一方面提高硅的比例,从而提高续航、降低成本。
第四,车电一体化。
特斯拉开发出一种全新的车身架构,将电池包设计为车身结构件,将电池包和车身前后部一体化成型,此结构带来超高强度车身,同时车辆的重量分布也更靠近中心,带来更灵活的操控性。
为了实现这一设计,特斯拉专门研发一种前所未有的新配方合金材质,加强车身强度。 这一车身架构将提升14%的续航里程,将整体结构减重10%,并减少370个零件。 【4】
“2大车型”
基于上述1大电池,4大技术,特斯拉自称会短期内迎来质变: 特斯拉每千瓦时电池成本降低56%,续航里程提升54%,投资生产成本下降69%。
这是基于此,特斯拉提出了个小目标。 即在三年内开发出一款价格为2.5万美元左右(17万人民币)的电动 汽车 。
除此之外, 特斯拉在电池日首次公开搭载全新动力总成的Plaid-ModelS(采用新电池4680)。
新车型将于21年开始交付,最大功率超过1100匹马力,四分之一英里加速时间小于9秒,这一成绩已经超越了众多全球的内燃机超级跑车。
最后,马斯克还提了一些零散的计划,比如他透露将在未来大约一个月发布全自动驾驶系统Autopilot的测试版等。
以上就是特斯拉“电池日”的主要内容了。
02不及预期与不确定性
之所以说这次“秀肌肉”没有那么成功,是因为人们的预期比较高。从特斯拉自己申请的专利、企业的宣传、媒体的报道等多途径来判断,这次电池日更应该具有颠覆性才对。
但是一些技术明显没有被提上日程。
首先就是新电池的负极并没有采用硅纳米线材料。 之前传言说特斯拉可能通过与Amprius公司合作,将硅纳米线作为负极材料应用于锂电池中。
硅纳米线是一种新型的一维半导体纳米材料,线体直径一般在10 nm左右,内晶核是单晶硅,外层有一SiO2包覆层。【5】
Amprius公司的创始人崔屹教授课题组曾发表科研文章,称采用该技术经过10次充放电后,电池的充/放电容量仍能保持在3541/3193mAh/g 左右,十倍于目前的石墨材料。
但电池日并没有该材料的信息,电池日披露的新负极方案仅是结构上的变化,而非材料上的根本变化。
其次,这次“电池日”也没提及无钴电池、百万公里电池。
先说无钴电池。特斯拉经常放无钴电池的烟雾弹。我们之前也分析过,特斯拉目前的NCA电池路线,钴的含量本身就不高。
但是钴的价格又高,还稀少,在这个NCA中又没明显的作用,因此特斯拉总想达成无钴的结果。前段时间,有传言说特斯拉已经有了无钴电池,结果钴价暴跌,结果后来被辟谣。
反正从目前看,电池日没有消息说无钴的事儿了,推测短时间内只能低钴,达到无钴不太可能。
百万公里电池也没被证实。今年年初,特斯拉申请一项单晶NCA电极技术专利,这一专利可使电池续航里程超过约160万公里。
从专利内容看,所谓的单晶NCA就是镍钴铝三元素的比例为9.2:0.5:0.3,比传统的NCA的8:1.5:0.5拥有更高的镍,可提高电池续航,降低成本。但是电池日并没提及这项技术。
除了技术不及预期,马斯克在这次“电池日”提出的计划不确定性太大。
一个重要事实是,这次特斯拉提到的上述技术革新都是“超前发布”。
在电池日当日,马斯克强调了这一系列关于电池的技术,特斯拉需要用时约18个月才能形成以上优势,而要彻底实现则需花费约三年时间。
举例说明。之前提到的4680电池产能扩产计划,公司明确指出,以当前技术和工艺想要进行如此规模的扩产难度极大,现有工艺的产能密度还有待优化。
换句话说,马斯克在电池日说的这些技术展现了他的技术自信。这些技术在理论上能实现,特斯拉也有能力实现,但是现在还没真的实现,依然存在很大的不确定性,投资者需谨慎看待。
03一些判断和思考
纵然部分技术还没有完全落地,但是我们依旧欣赏马斯克的自信和这种畅想。从过去的 历史 判断,特斯拉是有真东西的,那些设想并非忽悠人,也并非空穴来风。
但是不得不说,特斯拉对未来的预支还是挺多的。我们对投资的思考要相对谨慎。因此做出如下几个相对合理的推测供大家参考。
第一,特斯拉目前的电池技术仅是领先但不颠覆,其他电池厂商明显存在机会。 比如采取非NCA路线的宁德时代、LG 化学等在产品研发和规模化上仍具备竞争优势。
而且马斯克在“电池日”又明确说了,特斯拉不同定位的车型会选择不同的正极路线。如power-pack和需要长循环寿命的乘用车将使用LFP路线,这侧面证明电池路线之争将会持续,并且很可能会出现多种路线并行的局面。
第二,特斯拉虽然要自研电池,但短期内不太可能自给自足,依旧需要电池供应商,比如松下和宁德时代。 目前特斯拉LFP的独家供应商是宁德时代,我们推测这种情况将持续,并且宁德时代与特斯拉的绑定会越来越深。
第三,特斯拉“电池日”体现出特斯拉对某些电池材料的需求。比如特斯拉对高镍产品的需求,可能对上游锂材料公司有影响。
最后一个是趋势判断。特斯拉“电池日”确实没有展示革命性的技术,但是所有技术都在指向一个目的:降本增效。
因此我们判断,一旦特斯拉降本增效完成,平价之后电动 汽车 的竞争力将进一步提升、不断缩小与燃油车差距。
也许新能源 汽车 大规模替代燃油车的节奏可能比想象的要快。
注意:本文不构成投资建议!本文不构成投资建议!本文不构成投资建议!
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最后,祝大家双节快乐!假期愉快!
参考文献
【1】浙商证券.自产电池一锤定音,新技术助力电池优化.
【2】摘自特斯拉“无极耳电池”专利原文
【3】读书科普.特斯拉首发无极耳电池?具体原理了解一下.
【4】砍柴网.特斯拉的电池日到底在「秀」什么?
【5】百度百科.硅纳米线.
46800电池,终结燃油车时代?
46800锂电池,首先被特斯拉采用而声名鹊起。其命名,是按照电池直径46mm、高80mm,最后一个“0”代表圆柱电池。我们笑称它是“1号电池”,国外号称“饼干桶”。
由于去年9月22日特斯拉的电池日上,马斯克“狂推”46800,我们得知,这款自研电池能做到单体能量提高5倍、充放电功率提高6倍、续航里程提高16%。与现有的锂电池相比,其优势在于成本更低、能量密度更大、充放电功率上限也更高。
不过,发布的当时投资者却并不买账。特斯拉电池日结束后,公司股价由涨转跌,直到过了很久,才创了8000亿美元市值新高。(当然,股价上涨是资产加速虚拟化的表现,是另外一个课题了。)
随着刀片电池、无钴电池,以及颇具颠覆性的固态电池的轮番上阵,不但让电池制造商们,也让车企迎来一次主动或被动的革命。那么,江淮新能源缘何对46800情有独钟,又是哪里来的如此信心呢?
路径的正确性
其实,这个问题的实质是,特斯拉为什么要研发46800电池?根据第一性原理行事的马斯克,不会无缘无故地开发一款看起来没什么颠覆性、甚至会被脱口秀吐槽的产品。而且,业内很多人低估了46800电池的作用。所以,我们需要对46800电池的真正实力做个解读。
此前,特斯拉便在电池领域暗示会有多个“重磅炸弹”,例如使用寿命可达百万英里的电池、能使电芯能量密度大幅提升的干电极技术等等。46800电池是比较特殊的一个。
而46800电池被诟病的点也在于此,它并不具备“百万英里”方面的功能。根据特斯拉此前的介绍,通过电化学体系的创新,其研发的电池可供车辆行驶百万英里,电池的使用寿命则可以长达10年或以上。然而,电池日上马斯克对此只字未提。
不过,有一点需要指出的是,46800电池的能量密度其实并没有提高多少,根据计算,大致为283Wh/kg左右(电池重量能量密度=电池容量 放电平台电压/重量,基本单位为Wh/kg)。考虑到其他的技术改进,46800电芯的总容量应能达到30Ah。而能量密度应能达到300Wh/kg。
业内有“攻城狮”分析,“选择这个尺寸不太明白。通常认为圆柱电池直径超过30mm,电芯内外温差会很大,影响电池的安全性能。46800电芯目前做成三元很难过关,做成铁锂的相对要安全得多。国内国轩的32800、32145等都是铁锂的。这让我们考虑,特斯拉的着重点是在降低电池系统的成本,而不是提升电池的性能。”
那么,特斯拉为什么要从21700改成46800电池?江淮为什么跟进?这是值得业界深思的。
实际上,通过结构的改进、材料的变革和工艺的革新,这个4680电芯将发挥出巨大的能量。这也是江淮坚决跟进的原因。当然,目前除了江淮,国内似乎还没有车企公开走这个路线的。比亚迪和宁德时代更是保持了沉默。
而根据外媒CleanTechnica报道,经过对电池、阴极和车架的重新设计,特斯拉的每千瓦时能够承担的成本预计将提高56%。换言之,就是成本能下降56%。这将改变“ 游戏 规则”,并使新一代低成本电动 汽车 成为可能。“这一切都始于简陋的电池。”嗷哟,这么看不起电池嘛。
目前,特斯拉的官方视频也显示,电池正在紧锣密鼓地生产着。而特斯拉的供应商松下计划在大阪工厂内为投资一条试验生产线。预计将于2022年开始生产46800电池。不过,特斯拉对于2019年2月斥资2.18亿美元收购Maxwell而掌握的核心技术干电极技术,还藏着掖着,不得而知。我们先不管这个,重点还是回到46800电池。
46800实力如何?
为什么江淮会跟进46800电池?这就说到,46800电池具不具备真正的颠覆燃油车时代的实力?
这款46800电池的专利是特斯拉于2019年11月提交的。得益于体积增大,该电芯的能量提高了5倍,续航里程则提高16%。而这款大“1号电池”还有一个特性在于,它是“无极耳”电池,是“平”的。这么做,主要是为了消除传统圆柱电池极耳的发热,解决电池单体的散热问题。
具体来说,就是46800的无极耳设计(或者说是全极耳设计),是通过激光技术将传统电池凸起的极耳结构去掉,这样,导电涂层直接与电池端盖接触,可以很大程度上缩短电流移动的距离,并降低内阻。此外,无极耳电极中的导电涂层与电池端盖的有效接触面积达到 100%,散热能力极大提升。
而且,特斯拉46800电池的无极耳架构设计,对提高可制造性有着直接助益。某新能源主机厂热管理工程师评论道:“相比于性能的提升,个人认为取消极耳的设计对于行业的变革是颠覆性的,对于电池热管理来说,发热的减少也意味着电池液冷系统的设计可能都不需要了。”
其实不是不需要,而是由于取消极耳,不再需要遵循正极向上的原则,所以电芯成组后将是正极对接底盘、负极在上。电芯颠倒过来后的液冷板来到了电池组的顶部,更加利于恒温。这是1月份海外媒体“剧透”的信息。
而电池的正极材料方面,特斯拉采用的是高镍材料。通过使用更高镍材料,能够实现高能量密度、高续航,根据马斯克的测算,46800采用镍锰结构,可使电动 汽车 的续航里程提高16%,并最终实现15%的成本下降。
不过业内专家朱玉龙也曾表示,这方面的 探索 ,做锂电研发较早的中日韩是遇到很大的挑战的,并不能一蹴而就。在特斯拉公布的三个方向上,更多的是从实验室到中试阶段,列举的很多数据都是基于纸面。电芯垂直整合需要大量的工作,特斯拉制造的4680电芯靠不靠谱,目前来说没有底。
不过,我们依然钦佩特斯拉的勇气。目前,很多传统车企在新能源领域都面临着哈佛教授克里斯坦森所讲的“创新者的窘境”的局面。在他看来,“越是管理卓越的公司,在‘破坏性创新’时刻到来的时候,越难以摆脱困境。”所以,很多公司“萧规曹随”,不敢越雷池一步。
特斯拉的46800电池是一个典型例子,作为一种“破坏性技术”性质的技术创新,其技术产品是以往未曾有过的、完全新兴的事物。而对于传统车企而言,破坏性技术在一开始往往针对的是一个无法检测的区域,它不能满足传统规模的增长需求和强大的制造能力,这对传统车企的决策构成了挑战。
结束油车时代?
目前在国内,江淮算是最先跟进46800电池的车企。江淮在研究15年后,转向46800电池。从中可以判断出,江淮认可特斯拉的前瞻性路线,认为这个方向是正确的。江淮这么投入46800电池的研发、应用,也在于,“看清了未来的趋势”。
江淮技术负责人表示,“46800推出来以后,对我们行业的所有电芯是个推动。这个规格出来以后,它的体积、能量密度,以及它的工艺,这个组合只要重组以后,拿这个电芯就可以做续航600km的一个小车(A0级和A00级)。我今天告诉你,一个标准的A级车,这样可以做到800~1000公里, 你们说油车时代是不是要结束?”
当然,这是基于一种认知基础,纯电动 汽车 区别于传统燃油车最大的地方就在于,电气化的架构将带来燃油车无法做到的智能化,从而带给用户更愉悦的体验。而46800电池的变革会推动车企去更加靠近这种趋势。
从产品量产角度来说,思皓新能源给出的A00级产品的方案是,“46800的材料上面,磷酸铁锂能做到300公里;三元锂电池能做到500~600公里。我们初步的规划,两年后可以变为现实。”这是一个非常不错的数据哦。
我们知道,除了电芯,还有BMS和PACK方面的技术过硬,才能形成完整的体系。而这方面,2020年思皓新能源发布“蜂窝电池”电池技术,跟46800电池无疑是相当匹配的。
这位技术负责人介绍,相较于一般的动力锂电池而言,“蜂窝电池充分借鉴了蜂巢结构的仿生设计,以外延包覆的UE技术进行单元化封装,锂电池包内所有电芯360 包覆轻量化自流平导热胶。”导热胶能确保电池包内部的温差 3 ,从而做到锂电池单体之间电隔离和热隔离。而且,假如有一颗电芯失效,不会波及到周边,因此不会引起连锁反应。这个技术如果叠加46800电池的能量提升,无疑是江淮的信心所在。
2021年2月1日,江淮 汽车 与CBAK能源 科技 签署了一项为期三年的联合产品开发战略协议。根据协议,CBAK能源 科技 将根据江淮 汽车 的技术要求,为动力电池和电池组提供定制化方案,双方还将联合开发46800型号圆柱形锂电池及电池组。
CBAK就是改名前的比克电池,成立于2001年8月,现在叫做中比能源 科技 股份公司。2006年纳斯达克上市,成为中国第一家在美国上市的锂电池企业。
签约后,江淮 汽车 和CBAK还将成立一个联合研发团队,设计、测试并增强其新产品在电动 汽车 领域的适应性。江淮表示,未来将优先在其生产的电动 汽车 使用双方联合开发的电池和电池组系统。换句话说,如果46800电池2022年量产,就会应用在思皓新能源的车上。
需要提醒的是,就像著名 财经 作家吴晓波所说的,“ 从技术到变现,是惊险的一跃,中间将烧掉多少的账上现金和团队热情。 ”毕竟,企业的技术路线是否能取得良好的市场效果,是带有很大的不确定性的。46800电池和现在的软包、方壳相比,还出于边缘地位。只是由于特斯拉的力推,我们预期在将来的五到十年之间,能看到更多的46800电池应用。
当然,能不能终结油车时代有很多因素。根据目前的业内共识,在2030年前,燃油、纯电共存甚至燃油为主的境况还将延续。而新能源转型的成败,是 汽车 行业的一次突变,在更大的意义上意味着“推倒重来”。46800能不能成为未来五到十年动力电池的主流,现在还是未知数,需要做好心理准备。
文/王小西
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特斯拉6月中国销量达7.8万辆,这款车型为何深受大众的喜爱?
01、因为特斯拉有着颠覆性的极简设计。
其实从特斯拉的很多车型,我们都可以看出来,特斯拉在设计外观的时候遵循的原则就是极简,特斯拉的车子并没有太多的修饰线条,即便是车辆的内饰也是非常的简约。在设计的过程当中,设计师最注重的就是体现未来感,所以特斯拉的车辆往往可以给大家营造出一种非常放松且特别舒适的驾驶体验感。
02、特斯拉的车子性能很卓越,这一点一直都是在行业当中领跑的。
大部分人之所以喜欢购买特斯拉的车辆,主要还是因为特斯拉的车子性能是非常好的。比如说特斯拉的底盘性能就特别的卓越,除了底盘性能比较好以外,特斯拉的OTA系统做的同样也是非常的出色。在过去的几年当中,特斯拉投入了很多的资源来开发电动车的组件,所以在这方面特斯拉一直都是走在行业的最前沿。多年以来特斯拉一直都是在追求卓越的性能,对于特斯拉来说,没有最好,只有更好,所以特斯拉的汽车更新换代的速度是比较快的。
03、特斯拉有着非常牛的电池技术。
你比如说4680无极耳电池知名度就特别的高,这种电池具有无极耳,不含钴的高镍阴极材料但特点。简单的来说,就是这种电池的充电速度更快,使用的时候不会发热,另外整体的电容量也会更大。也正是因为特斯拉的电池技术比较强,所以车辆的续航能力同样也是非常的强,这也是很多人买特斯拉的一个原因。
04、特斯拉的营销手段比较强。
不得不说,特斯拉的营销手段确实是非常的厉害,在进入中国市场之前,特斯拉的名声就已经非常大了。而在进入中国市场之后,他们一直都是在营造豪华品牌的形象,而这一点早就已经深入人心了。所以很多人主要想要购买电动车,首先想到的就是特斯拉