• 注册
  • 锂电池 锂电池 关注:80 内容:337

    特斯拉因4680电池再陷“量产地狱”?

  • 查看作者
  • 打赏作者
  • 当前位置: 电池社区 > 锂电池 > 正文
    • 锂电池
    • Lv.2
      任务小子

        4680电池被特斯拉视为革命性技术,但它也如同当年突破性的Model 3一样陷入量产泥潭,LAWRENCE ULRICH在IEEE Spectrum的评论中,重新以「Production Hell」形容4680电池量产进程之艰难。

        7月26日,特斯拉CEO埃隆·马斯克罕见透露了被他们称之为「颠覆性电池」的最新进展。马斯克通过他独特的表述风格,悄然缓和了人们对新电池的期盼,同时也给出了更多预期:

      特斯拉因4680电池再陷“量产地狱”?

        「我们已经成功验证了在加利福尼亚加藤工厂生产的 4680 电池的性能和寿命。我们在加藤的生产验证即将结束:现场质量和产量均处于可行的水平,但还要改进其中10%制约产量的部分工艺。虽然目前已经取得了实质性进展,但在批量生产之前,也还有很多工作要做。另外,我们电池包壳体结构安全的碰撞测试也已成功。」

        任何关于特斯拉生产瓶颈的传言,都不可避免地让人想起2017-2018年Model 3陷入困境的发布过程,马斯克在那段时间也一直睡在他的办公室里。然而,这款决定成败的轿车最终使特斯拉成为全球电动车领导者,同时成为市值最高的公司之一。

        去年9月,特斯拉在电池日上首次展示了更大尺寸的圆柱形4680电池,也因此给自己带来了极高的希望和挑战:如果特斯拉能够在电池包内部,实现电芯垂直码放的无模组制造工艺,电池性能还如宣传所述一般。那么,4680电池可以将马斯克的梦想推向现实,即每年在世界各地制造数百万辆电动汽车。

        特斯拉的目标还包括:续航里程提高50%以上(其中16%是由于4680新电池)、电池成本减半,将售价低至2.5万美元的新车带到展厅。

        美国电动汽车市场中,特斯拉依旧占据主导地位,但是它曾经看似不可逾越的续航能力,正在受到攻击。亚利桑那州制造的Lucid Air轿车是前Model S总工程师的作品,已被证实可行驶517英里,这是电动汽车中的最高记录。特斯拉当前最高的Model S Long Range车型EPA续航里程是405英里。

        「Lucid Air是首款能与特斯拉竞争续航能力的汽车,表现甚至更好,这是一项惊人的成就。」卡内基梅隆大学电池研究员兼机械工程副教授Venkat Viswanathan表示「这代表以后不再是一场单马比赛。」

        为了迎头赶上,像Model S这样的EV需要猛增50%的续航能力,使其高达600英里,这种犹如柴油车般的耐力在几年前很难想象。「里程焦虑」到此为止。

        底特律地区的工程师Sandy Munro因对电动汽车的逆向工程拆解和分析而在YouTube上声名鹊起,他是相信特斯拉会成功的专家之一。

        「毫无疑问,这款电池会让每个人都大吃一惊」Munro表示。

        Munro和另外一些专家告诉IEEE Spectrum,这种震撼最初来自于4680电池的外形尺寸和周边消息,而不是内部结构。

        特斯拉在电池日宣扬这款新电池的能量密度是松下2170电池的5倍,功率是其松下2170电池的6倍,而马斯克却故意没有提到4680电池的体积是后者的近 5.5 倍,那是因为4680电池的尺寸更大:46X80毫米,而不是21 x 70毫米。

        然而,这个「更大的罐子」带来了极大好处。采用jelly-roll卷材技术的电池组,可以封装更活跃的电池材料,并减少在金属壳体中浪费的空间。

        至于被吹捧成特斯拉创新设计的「无模组电池包」结构,实际上已经是好几款电动汽车的主打产品,尤其是在中国。这其中还包括了通用汽车名下的炙手可热车型——大约 5千美元的五菱宏光Mini。通过将预装电芯的模组箱,换成让电芯直接平行安装在电池包壳体内的固定托装,节省了更多的空间。

        「它基本上是一个没有隔板的巨大盒子」Munro说。

        特斯拉现在的电池组采用了Munro眼中「糟糕的冷却设计」,电池之间存在大量多余的热传到通道,因为大部分热量集中在电池末端。Munro 表示4680电池直接被安装在液冷板上,这种液冷板已是通用、福特、大众、保时捷、Rivian等品牌电动汽车的主要部件。

        「当我们第一次拆开 Model 3 时,我们就想不通」Munro 谈到特斯拉之前的冷却方案时说到。

        Munro 进一步推测,特斯拉通过重新设计的无模组电池包结构,还包括电池之间的拼装和全新焊接工艺,可以减少30%-40%的钢材使用量。

        顶部的网格板把电力送回电池端子。Munro团队模拟了计划中的组件,包括给木制销钉进行打磨和涂漆,以模仿新电池。这款电池包壳体内装下了960个4680电池,而2170电芯则可以装下4416个。Munro估计特斯拉可以将130 kWh的新电池装入相同大小的电池组中,而Model 3仅可容纳72 kWh的电池。

        他在分析中表明,4680电池容量大约为9000 mAH,而2170电池为5000 mAH。Munro提醒说,这些并不是准确的估计值;特斯拉还没有展示实体的4680电池,也透露其化学成分或规格。尽管如此,专家仍然表示,这一系列创新可能会扩大特斯拉在续驶里程和效率方面与全球巨头相比的显著领先优势。

        「电动汽车和电池工程的整体性规划,是特斯拉的关键优势。」Munro说。

        建立这种优势的地方还包括了无极耳结构设计,一些专家认为这是4680最好的物理创新。取消阴极和阳极连接到电池端子的传统接线片,从而降低制造难度、节约空间并降低电阻,这是安全为大型电池充电的主要难点。

        一年前,在特斯拉的电池日上,马斯克解释说:「一个大号的无极耳电池中,与带有传统接线片的小电池中相比,前者的路径实际更短。」

        事实上,马斯克认为特斯拉在电池制造方面的专业能力不断增长,消除步骤、简化流程、削减成本,这是特斯拉真正的竞争优势。

        Benchmark Mineral Intelligence 董事总经理Simon Moores表示,这一愿景不仅包括与奥斯汀和柏林特斯拉工厂临近的4680电池厂,还包括生产正极和氢氧化锂的化工厂。

        特斯拉工程高级副总裁Drew Baglino表示,他们公司计划使用原材料冶金硅来提高电池中的含量,使用可伸缩的弹性聚合物涂层来引导离子,将续航里程再提高20%,并降低5%的封装成本。

        在电池日的两周前,特斯拉以仅仅3美元的价格从Springpower International购买了三份专利,这家公司现在似乎已经完全被特斯拉收购了。马斯克和Baglino在电池日上介绍了Springpower公司的一项发明,利用循环技术,在正极生产过程中跳过了处理污染水的步骤,否则每吨正极材料可产生约4000加仑的废水,同样的技术可能会用到电池回收和电网存储解决方案上面。

        「这太复杂了,就像挖一条沟,填好然后再挖一条沟。」马斯克表示「我们审视了整个价值链,然后说,我们怎样才能让这一切尽可能简单?」

        另一家特斯拉供应商在德克萨斯州建立了工厂,该工艺使用干膜,没有水性涂料中使用的有毒、昂贵的溶剂。

        从理论上讲,这一切目前都只是「听起来很棒」。弗吉尼亚大学化学工程副教授、电池材料专家Gary Koenig警告说,以成本价将电池投入批量生产是另一回事。

        「让这些东西规模化真的很难。」Koenig谈到特斯拉的10 GW试验工厂时说。「你必须提高产量来降低成本,但这并不容易做到。」

        Viswanathan也认为,电池日将有形收益与马斯克熟悉的空谈结合在了一起,这让人难以分析。

        「在特斯拉的这些演示里,很难从噪音中分离出信息。」Viswanathan 表示「但终归是有些信息;问题是有多少。」

        「尽管如此,我也毫不怀疑他们将能够大规模生产这种电池」他继续说到「他们比任何汽车制造商都更有能力做到这一点。真正的问题是多快、价格水平、安全水平和制造缺陷如何。」

        至于电极材料方面,Viswwanathan 表示,高镍低钴的设计肯定会为价格更高、续航里程更长的车型提供动力,与Lucid和通用汽车等竞争对手一较高下。

        关于特斯拉含糊的「多元化正极」战略,Viswwanathan 认为,特斯拉可能会生产一些4680规格的磷酸铁锂电池。这种极材曾经因其低能量密度而被忽视,现在却因成本低、寿命长和安全可靠而受到重视;

        特别是在入门级车型上,特斯拉已经开始在中国和欧洲销售装载宁德时代磷酸铁锂电池的Model 3。8月27日,特斯拉将磷酸铁锂电池版本的Model 3 Standard Range Plus交付给等待提车的美国消费者。

        特斯拉联系了一些预定车主,如果他们同意接受Model 3 SR+的磷酸铁锂电池组,最早可以在9月向提车。差别是,该车型续航里程约为253英里,比使用2170电池的版本少10英里。

        马斯克本人表示,磷酸铁锂电池可能会占有锂离子动力电池的50%市场,但现在还不到10%。Viswwanathan指出,通过使用4680电池结构和封装更多活性电池材料,磷酸铁锂可以用很实惠的成本,大幅提高续航里程。

        那么,搭载4680电池的特斯拉会在什么时候量产?考虑到特斯拉令人沮丧的迟到记录,这个问题变得更加紧迫。4月下旬,马斯克表示这款电池离生产还有12个月,要不就是18个月。

        现有的电池供应商方面,松下、宁德时代、LG化学、SK Innovation很有可能早于特斯拉交付4680电池。(松下的新首席执行官证实,如果证明可行,他们公司将进行大量投资,用以生产4680电池)。

        经过几个月的遮遮掩藏,特斯拉终于在今年8月确认,由于电池短缺,Cybertruck电动卡车将推迟到2022年在德克萨斯州亮相。这款大尺寸皮卡是4680电池的一个候选者,还有同样延迟的商用Semi。

        Cybertruck卡车在2019年大吹大擂地推出,现在将被今年的GMC悍马皮卡、Rivian R1T,甚至可能在2022年被福特的F-150闪电击败。Cybertruck于 2019 年大张旗鼓地亮相,现在将被今年的GMC悍马皮卡、Rivian R1T,甚至可能还有在2022年被福特的F-150闪电抢先面世。

        Giga Texas和Giga Berlin生产的Model Y也在应用4680电池的计划内,在这两家临近的工厂投产。特斯拉继续对冲风险,扩大与松下和其他供应商的现有合同。

        与此同时,特斯拉的电池日也提出了一个似乎不切实际的目标,即到2030年将电池产量(包括供应商合作伙伴)提高到3TW。这比特斯拉目前在内华达州的产能高出近100倍。这足以每年供应2000万辆特斯拉(或购买特斯拉电池的竞争对手),而2020年特斯拉的全球销量约为50万辆。

        然而,这一雄心是由严酷的现实驱动的:全球电动汽车的需求海啸可能会超过电池供应,抑制电动汽车的生产和采购,并推迟对气候至关重要的从化石燃料到电力的转变。

        能源研究公司Wood Mackenzie推测,电动汽车将从目前的1000万辆增长到2030年的1亿辆,2040年后将增长到4亿辆。在未来20年里,电动汽车将占据90%的电池需求。

        即使按照Wood Mackenzie的保守估计,电池需求也将是当前产能的8倍左右。对特斯拉来说,这完全是一场马歇尔计划级别的运动,建立电池工厂仅是开始,关键还要有足够的产能和成本优势,以实现其全球主导地位,与马斯克更无私的目标。

        「他们多年来一直受到电池的限制。」Viswanathan说。「他们认为这是发展规划的关键部分,以满足他们和行业未来几年的需求量。」

        关于Auto Byte

        Auto Byte 为机器之心推出的汽车技术垂直媒体,关注自动驾驶、新能源、芯片、软件、汽车制造和智能交通等方向的前沿研究与技术应用,透过技术以洞察产品、公司和行业,帮助汽车领域专业从业者和相关用户了解技术发展与产业趋势。

        原作者/ Lawrence Ulrich 《纽约时报》和《底特律自由报》的前首席汽车评论家。

        编译/于雷

      请登录之后再进行评论

      登录

      点击下载

    • 发表内容
    • 做任务
    • 实时动态
    • 偏好设置
    • 帖子间隔 侧栏位置: