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特斯拉“电池日”来了:无极耳新电池发布,Model S新车型亮相

特斯拉“电池日”来了:无极耳新电池发布,Model S新车型亮相
2020-09-23 16:02:14 前瞻经济学人APP

北京时间9月23日凌晨,预热了大半年的特斯拉电池日终于召开。在这此发布会上,特斯拉不仅发布了新电池,还提出了新工艺。

4680电池发布,续航提升,量产还要等2年

特斯拉推出第三代电芯——4680电池,其中46和80分别代表其直径和高(毫米),用直径和高的乘积吗,命名也是业界的通行做法。此前特斯拉还使用过18650锂电池和21700锂电池作为电芯。

根据特斯拉给出的数据,4680电池的能量相比以往的电池提升了5倍,功率提升了6倍,在使用新电池之后,电动汽车的续航里程可以提升16%。

4680电池采用了无极耳技术,这是特斯拉在去年12月申请的一项专利。在传统的圆柱形锂离子电池中,一般在正极都会有一个金属突起(参考5号电池),这个突起就叫做极耳。而特斯拉此次推出的新电池取消了这个设计,如下图:

从特斯拉去年申请的无极耳专利来看,特斯拉在新电池的正极或者负极极片边缘处增加导电涂层,电流通过导电涂层和电池外壳到达电池外接电路。

根据特斯拉负责动力总成和能量工程的高级副总裁德鲁 · 巴格利诺(Drew Baglino)的说法,这一设计是追求高能量密度,长续航的结果。

为提升续航,特斯拉选择“堆料”,增加了电池的体积,虽然达到了目的,但是却带来了散热的问题。团队最后选择了无极耳技术,因为“对于圆柱形电池来说,无极耳设计能够极大地简化绕线和涂层,并且具有明显的散热和性能优势”。

根据马斯克的说法,削减极耳,使得电子的移动距离缩短,电池的发热现象明显减少。他还表示尽管新电池的体积更大,但是功率重量比优于带极耳的小电池。

特斯拉还表示,新电池配合CTC(电芯直接装入底盘)封装技术,汽车续航甚至可以提升54%。这相当于让Model 3长续航版的NEDC续航从668公里升至1000公里以上。

先不要激动。CTC技术虽然厉害,但是还很遥远,宁德时代董事长上个月在中国汽车蓝皮书论坛上表示,宁德计划2030年之前推出该技术。马斯克给消费者画了一张大饼。

其实,就连这款新电池也还在试验阶段,马斯克在电池日之前就在推特上表示,预计要到2022年才能量产新一代电芯。

在用户和投资人最关心的“百万英里”上,特斯拉则只字未提。

用料很重要,正负极材料有创新

除了在外观设计上的改变,特斯拉还将对电池正负极材料进行改进。

一般来说,锂离子电池的主要构成材料包括电解液、隔离材料、正负极材料等。正极材料占有较大比例(正负极材料的质量比为3: 1~4:1)。

在特斯拉之前使用的电池中,其正极材料使用了较多的钴。全世界已探明钴金属储量仅有148万吨,且没有单独的钴矿物,多是伴生在其他矿物床中,这也使得该金属的价格较贵。

为了降低成本,特斯拉一直在寻求无钴电池,其使用的替代材料就是镍。特斯拉计划在新电池正极中使用更多的镍。此外,特斯拉还会在美国建立正极材料工厂,此举预计可降低80%的运输成本。

至于实现无钴电池,马斯克并没有给出具体时间,也并未详细说明建造新工厂的时间和地点,只是表示“希望在每个大洲都建立一个超级工厂”。

负极方面,特斯拉将采用新的硅材料。硅的储能性很好,但是使用时间长了之后就会膨胀,与电池中的隔膜反应形成凝胶。

为了抑制膨胀,特斯拉提出用覆膜材料给硅涂膜,并且这种材料的成本可以压低到1.2美元/KWh(约6.8元/KWh)。

工艺提升,只为进一步降成本

除了电池方面的创新,特斯拉还表示将大力发展干法电极工艺。传统的湿法电极工艺需要讲正负极材料与溶剂(有毒)混合后涂膜在电极上,这对成本和回收安全都带来了一些难题。而干法电极工艺则可以完全不使用溶剂。

实现干电极技术,具体流程是将粉末状的材料压成膜,然后进行干电极涂层,这一加工过程的工艺也比较复杂,离量产还有一段时间。

此外,特斯拉还表示要降低产能投资,未来实现在150亿瓦时的工厂空间中能够容纳1太瓦时(TWh,等于1*10^9KWH)产能,每GWh产能投资降低75%。

生产工艺方面,要实现能够效率最大化,并最大化产出。1条组装线做到20Gwh,单线产出提升7倍。

以上的改进其实都契合了“电池日”的主题——会上马斯克不断强调的“降成本”三个字。其中新电池预计降低成本14%,正负极材料改进分别使成本降低12%和5%,而最后的工艺将节省18%的成本。

新车到来,最快也要等到明年年底

会上,马斯克还提到两款新车的信息,特斯拉将新推出一款2.5万美元(约合16.9万元人民币)的入门级纯电动车,比现售特斯拉入门级车型Model 3标准续航升级版的补贴后售价还要低1.3万美元(约合8.8万元人民币)左右,目前这款车型的名称还没有确定。

我们可以推测,这款车的实现需要建立在以上种种技术量产的前提上,所以消费者应该还需要等上一段时间。

第二款新车叫做Model S Plaid,该车0~96km/h加速时间小于2秒,400米加速小于9秒,采用三电机全轮驱动,最大功率高于1100马力,极速超过321.9km/h。目前以已开始接受订购,将于明年10月或11月正式投产,年底开始向客户交付。

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