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馬斯克的4680電池野心:讓特斯拉成為電池之王

時間:2023-01-28 09:17來源:澎湃新聞 作者:森寧
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  “電動汽車大多是裝有輪子的電池組”——這句話或許能夠解釋電池成本在電動汽車價格構成中的地位。
 
  作為全球最大的電動汽車制造商,特斯拉自身研發(fā)和生產的4680大圓柱鋰離子電池在新的一年有望進入量產的快車道。
 
  一方面,特斯拉希望通過4680大圓柱電池的新技術,讓電動汽車電池儲存更多能量、續(xù)航時間更長、價格更便宜,并最終在包括電動卡車、電動跑車在內的特斯拉全系列電動汽車產品中使用。
 
  另一方面,特斯拉還希望通過使用磷酸鐵鋰材料,從而將4680大圓柱電池應用于市場前景廣闊、“未來有望超過汽車生產”的儲能領域。
 
  而這些,或許都還不是馬斯克和特斯拉苦心打造4680電池的根本目的。在一些分析人士看來,4680電池的終極任務,是讓特斯拉成為電池之王。特斯拉制定標準,其他的電池制造商選擇站隊。
 
  要知道,在過去相當長一段時間,全球鋰離子電池的主流形狀都是方。
 
  將在內華達州新建4680電池產能100GWh
 
  近日,美國內華達州州長喬·隆巴多 (Joe Lombardo) 宣布,特斯拉公司計劃在內華達州追加投資36億美元,擴建其現(xiàn)有的超級工廠。此次擴建包括兩部分設施——一部分設施用來制造Semi半掛式電動卡車,另一部分設施將用來生產4680大圓柱形鋰電池,規(guī)劃年產能是100GWh。
 
  擴建項目將在特斯拉現(xiàn)有的內華達超級工廠基礎上,增加400萬平方英尺的占地面積。此外,特斯拉還計劃增加 3000名新工作崗位。
 
  特斯拉隨后在推特上官方證實了這一說法。特斯拉表示,自2014年以來,特斯拉已在內華達州累計投資62億美元,其中包括建造了一座540萬平方英尺的超級工廠,用于生產汽車電機和電動汽車電池。
 
  “以內達華超級工廠為基石,特斯拉推動著世界向可持續(xù)能源轉型。”在推文中,特斯拉說。
 
  值得注意的是,一旦內華達州超級工廠的4680電池產線投建,其將成為繼得州超級工廠和加州特里蒙特試點工廠后,第三家擁有4680電池產能的特斯拉美國工廠。
 
  目前,特斯拉得州超級工廠布局了四條4680電池生產線,一條已經投產,其余三條處于調試和安裝階段。在去年年底,加州特里蒙特試點工廠實現(xiàn)了一周生產86.8萬個4680電池電芯的重大突破,這一周產量能夠供應大約1000輛特斯拉Model Y電動汽車。
 
  去年4月,得州超級工廠生產的Model Y車型中一部分已經實現(xiàn)4680電池裝車并交付,該工廠另外的Model Y車型則繼續(xù)裝載日本松下的2170圓柱電池。
 
  馬斯克此前表示,特斯拉未來所有的電動車型,包括Model Y、 Semi半掛式卡車、Cyber電動卡車和Roadster 2電動跑車,都將使用4680大圓柱形電池。
 
  在特斯拉此次公布內華達州超級工廠擴建的消息中,還有一個細節(jié)值得玩味。據autoevolution網站報道,特斯拉最初表示,內華達州新建的100GWh的4680電池產能將支持生產200萬輛電動汽車,但后來將這一數值更正為150萬輛。新的數值意味著平均每輛車的電池容量將為67KWh。
 
  特斯拉此前曾表示,目前內華達州工廠的電池年產能為35GWh,能夠支持每年生產50萬輛電動汽車。這意味著目前平均每輛電動汽車的電池容量為70 KWh。
 
  相對于普通電動乘用車,特斯拉semi半掛電動卡車和cyber電動卡車需要的電池容量都更大,為何平均每輛車的電池容量還會減少?
 
  autoevolution網站推測,這似乎證實了特斯拉將推出更小的大眾乘用車。每輛車的電池容量約為45 KWh,甚至更低。autoevolution網站認為,隨著電池包效率的提高和緊湊型汽車重量的降低,容量較小的電池仍然可以提供足夠的續(xù)航里程。
 
  此外,內華達州新電池生產設施的位置也頗有戰(zhàn)略性,它位于電池回收公司紅木材料(Redwood Materials)的電池回收設施附近。去年7月,紅木材料表示計劃斥資35億美元在內華達州西北部建立一家電池材料工廠,生產鋰離子電池正負極。
 
  不僅如此,電池所需要的關鍵的原材料鋰礦也離新廠址不遠。據了解,內華達州擁有美國唯一一個在產的鋰礦。而就在此前的1月16日,美國能源部表示,將為內華達州的Rhyolite Ridge鋰礦項目建設提供高達7億美元的貸款。
 
  所有這一切,都將有利于特斯拉4680電池供應鏈的進一步完善。
 
  4680電池轉向磷酸鐵鋰材料以適用儲能,電池總產能沖擊1000GWh
 
  2020年,特斯拉在其電池日隆重推出了4680大圓柱形鋰離子電池,與2170圓柱電池相比,電池尺寸更大,采用無極耳技術,單體容量更高,并能有效降低電池的生產成本。
 
  如果說三年前的4680電池是為了更便宜、續(xù)航里程更長的電動汽車而誕生,那么如今它還將肩負起另外的使命——在特斯拉的Megapacks和Powerwall等儲能產品中使用。
 
  近日,馬斯克在回答一位投資者提問時表示:“我們的長期目標,是在特斯拉內部生產超過1000GWh的電池。”
 
  “需要明確的是,我們將繼續(xù)使用其他電池供應商(目前特斯拉的電池供應商包括寧德時代、LG新能源、日本松下),只是,鋰離子電池的需求是近乎無限的,而且將持續(xù)相當長一段時間。我們要更快地擴大規(guī)模。”馬斯克還透露,“我們已經有了一個驚人的計劃,可以使4680電池具有低成本和高能量密度。”
 
  據autoevolution推測,馬斯克的最后一句話,可能表明了4680電池將實現(xiàn)正極材料化學成分更加多樣化。
 
  按照正極化學材料的不同,當前鋰離子電池有磷酸鐵鋰和鎳鈷錳三元鋰兩條主流技術路線。磷酸鐵鋰電池的安全性更高,能量密度偏低,成本低,最適合儲能;三元電池的能量密度更高,但穩(wěn)定性和耐用性也較差,通常用來滿足電動汽車的長續(xù)航要求。目前,特斯拉生產的4680電池使用的是高鎳三元正極材料。
 
  從2021年開始,特斯拉的儲能產品Megapacks所使用的電池轉用了磷酸鐵鋰材料。因此,過渡到4680大圓柱形電池,考慮到材料的性能和更有利的成本,將極有可能采用磷酸鐵鋰材料。
 
  在馬斯克看來,全球可再生能源存儲的需求正在飆升。他曾預計特斯拉Megapack儲能業(yè)務未來的增長將超過汽車生產業(yè)務。而在各種電池形狀中,圓柱形磷酸鐵鋰電池的制造成本最低,壽命最長。
 
  不過,對于馬斯克和特斯拉而言,2023年還不是4680電池的高光之年。
 
  4680電池的產量盡管有了里程碑式的提高,大規(guī)模穩(wěn)定生產還需要克服相當多技術難題。
 
  以4680電池的無極耳技術為例,在以往,極耳是動力電池的最基本構造之一,是電芯內正負極集流體與首尾蓋板連接的必要部件。而無極耳設計徹底省略了極耳這個部件,通過正負極集流體與蓋板/殼體的直連,成倍增大了電流在傳導時的面積,同時也在一定程度上縮短了電流傳導的距離。
 
  這種設計,通過優(yōu)化電池結構件,不但簡化了電池的生產工藝,降低了生產成本,同時也在一定程度上降低了電池內阻,電池發(fā)熱顯著降低,提高充放電峰值功率。但正如同所有最新技術一樣,4680電池省略了極耳構造,卻多了集流體黏附工藝,構成了生產的新挑戰(zhàn)。
 
  不僅如此,據autoevolution網站最新透露,4680電池最初承諾使用的、能夠大幅度提高生產效率的電池電極干法涂布技術,至今也還沒有成功實現(xiàn)。
 
  “對4680電池團隊而言,2023年的目標可能是為cyber電動卡車推出一款具有成本效益的電池。”馬斯克說,“重點是提高零部件的質量,并盡可能地提高電池產量。如果實現(xiàn)了這些關鍵目標,我們將為2024年的‘4680’年做好準備。”
 
(責任編輯:子蕊)
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