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特斯拉电池日亮点抢先看:无钴电池或改变电动车发展轨迹

北极星储能网  来源:腾讯科技    2020/9/22 9:11:27  我要投稿  

北极星储能网讯:马斯克最近始终直言不讳地表示,想要消除特斯拉电池中的金属钴。2018年,他在社交媒体上表示,特斯拉电池中钴的使用量不到3%,下一代电池将“不含钴”。“电池日”活动可能是公司首席执行官准确描述如何实现这一目标的机会。

9月22日,电动汽车制造商特斯拉的“电池日”活动就要开幕了,其首席执行官埃隆·马斯克(Elon Musk)在最近的财报电话会议上承诺,9月22日在加州帕洛阿尔托举行的活动“会让你大吃一惊”。就连马斯克本人都暗示:“这会让我大吃一惊,我知道!我们应该期待这场活动会有许多激动人心的事情。”

那么,到底是什么样的东西让他如此兴奋?多年来,马斯克以推文、公开评论、申请专利及其电池科学家团队发表研究论文的形式,暗示特斯拉可能会推出什么样的电池技术突破。在电动汽车锂离子电池的续航里程方面,特斯拉已经是行业的领先者,所以在“电池日”还会有哪些进展值得关注。

特斯拉CEO埃隆·马斯克在社交媒体上表示,特斯拉“电池日”上公布的技术不会立即带来提振。他称:“特斯拉将增加而不是减少从松下、LG、CATL等合作伙伴购买电池。尽管我们的电池供应商正在全力以赴加速生产,但我们仍预计2022年及以后将出现严重短缺。”

马斯克还称:“特斯拉电池日的发布会影响长期生产,所宣布的产品要到2022年才能实现大规模生产,特别是Semi、CyberTruck以及Roadster的生产。”许多分析师预计,马斯克在此次活动中公布电池改进方案,将扩大该汽车制造商对通用汽车、大众汽车以及其他竞争对手的领先优势。

特斯拉原计划在4月份举办“电池日”活动,但由于新冠肺炎疫情爆发,不得不将其重新安排到今年晚些时候。该公司在2019年4月举办了类似的活动,当时的重点是自动驾驶技术。无论你怎么评价马斯克满足最后期限和实现他所设定目标的能力,但他肯定知道如何上演一场精彩的表演。但是,这位亿万富翁的口袋里到底有什么会让我们大吃一惊呢?

“饼干罐头”

像大多数汽车公司一样,特斯拉的电池从主要供应商那里采购,这样它就可以专注于自己的核心使命——制造电动汽车。该公司的所谓2170电池目前用于Model 3和Model Y上,由日本松下公司在内华达州的特斯拉工厂生产。

但这些供应可能会变得紧张。2018年,就在特斯拉开始扩大Model 3产能之际,松下的电池短缺加剧了特斯拉的“生产地狱”困境。马斯克批评松下的电池生产速度限制了Model 3和Model Y的生产。松下首席执行官津贺一宏(Kazuhiro Tsuga)预测,如果特斯拉继续扩大业务,其电池供应能力将“达到极限”。

这表明,马斯克可能会宣布,特斯拉将开始自己生产电池。最近的收购、泄露的照片、专利申请以及锂离子电池的先驱开发商之一、特斯拉电池研究主管杰夫·达恩(Jeff Dahn)发表的研究,都表明特斯拉正在向内部电池生产转变。

最近,特斯拉所谓的内部电池照片在浮出水面。据传这些电池来自特斯拉神秘的“Roadrunner”项目,其大小似乎是松下2170电池的两倍。它们的电力容量可能更高,同时对公司来说,通过移除突片来生产成本更低,突片是电池的一部分,形成了电池和它所供电的目标之间的连接。

基准矿物情报公司(Benchmark Minonal Intelligence)的分析师卡斯帕·罗尔斯(Caspar Rawles)专注于锂离子电池原材料领域的研究。他说,他的团队将这种新电池命名为“特斯拉饼干罐头”,因为它看起来外形就是这样的。每节电池可容纳更多能量意味着每个电池组中使用的电池更少,这可以帮助降低特斯拉的整体生产成本。这可能意味着未来电动汽车的价格与燃油汽车相当。

不仅仅是来源不明的泄露照片表明特斯拉正在制造自己的电池。今年早些时候,该公司在其位于加州弗里蒙特的工厂发布了招聘“电池制造”工程师的工作清单。特斯拉还与韩国Hanwha Corporation公司达成协议,购买电池制造设备,这些设备首先运往弗里蒙特,然后运往内华达州、上海和柏林的工厂。

160万公里续航电池

预计特斯拉还将披露其寻求制造“160万公里续航”电池的新细节,该数字指的是电池在更换之前可以在车内使用的寿命。这就是达恩和他在新斯科舍省研究团队发挥作用的地方。

今年5月,有媒体报道称,特斯拉新的“160万公里续航”电池将与中国电池巨头CATL联合开发,并将利用达恩的学术电池专家团队开发的技术。另据报道,特斯拉正在就使用CATL的磷酸锂离子电池进行深入谈判,这种电池不使用电动汽车电池中最昂贵的金属钴。

“160万公里续航”电池预计将把特斯拉电池每千瓦时生产成本降至100美元以下。千瓦时是衡量现代电动汽车电池组容量最常用的能源单位。许多专家认为,达到这一关口将使特斯拉能够以与汽油动力汽车相同的价格销售电动汽车,从而加速电动汽车的普及。

2015年出版的《Powerhouse: Inside the Invention of a Battery to Save the World》一书作者史蒂夫·莱文(Steve Levine)说,马斯克的主要目标之一始终都是“让内燃机车在消费者看来已经过时,并让他们觉得必须使用电动汽车”。莱文补充说:“要做到这一点,其中一种方法就是让车看起来像是人们能够终生使用的车。如果一块电池能行驶160万公里,那意味着它可以使用76年。”

近几个月来,特斯拉在达恩的研究基础上提交了一系列专利申请。2019年12月,该公司提交了《二恶唑酮和腈亚硫酸盐作为锂离子电池电解液添加剂》的专利申请。该公司在申请中表示,这种物质可以为电动汽车和家用存储产品带来更好、更持久、更便宜的电池。

今年4月,特斯拉又提交了另一项专利申请,该申请包括名为“单晶”镍钴铝(NCA)电极的东西。最成功的锂离子电池系统包括使用镍锰钴(NMC)电极。在达恩及其团队发表的一篇关于“单晶阴极重要性”的论文中,他说:“我们得出的结论是,这种类型的电池应该能够为电动汽车提供超过160万公里(100万英里)的续航能力,并在电网中储存至少20年的能量。”换句话说,这些新的单晶电极可以使特斯拉获得与NMC电极相似或更好的能量密度。

如今,特斯拉的电池组以电池为特色,这些电池被打包成模块,然后再打包成电池组。回到最初的Roadster时代,电池模块被用作公司在不取出整个电池的情况下取出可能需要更换的部分电池的手段。然而,那是12年前的事了,从那时起发生了很多事情。特斯拉已经从一家小众电动汽车制造商转变为市场上最畅销的电动汽车制造商。

正如马斯克过去指出的那样,今天的电池模块几乎只是个额外的步骤,增加了重量,并没有真正达到最初预计的目的。马斯克随后表示,未来是没有模块的电池包装,这表明该公司的下一代电池将使用电池到包装的设计。这样的创新给特斯拉带来了许多好处,从更低的生产成本到可能更高的能量密度。

特斯拉还提交了一份新的“tabless”电池设计申请,称该设计在现有设计的基础上进行了改进。马斯克在社交媒体上写道,“这比听起来重要得多。”特斯拉的专利概述了一种电池设计,在这种设计中,凸起和小尖刺等特征可以连接不同的层,而不是依赖于焊接的、统一的导电凸片。

凸片是与电池供电的任何产品进行连接的工具,它们的制造也需要相当高的技巧。通过移除突片来简化这一过程,可以为特斯拉节省大量的时间、材料和资金。

特斯拉还用钴吗?

马斯克最近始终直言不讳地表示,想要消除特斯拉电池中的金属钴。2018年,他在社交媒体上表示,特斯拉电池中钴的使用量不到3%,下一代电池将“不含钴”。“电池日”活动可能是公司首席执行官准确描述如何实现这一目标的机会。

钴是电池的关键成分,它也是电池中最昂贵的材料,经常被指责在侵犯人权的条件下开采,因此被称为“电池中的血钻”。因此,科学家和初创公司都在争先恐后地研发无钴电池。

达恩就是这些科学家中的一员。他在2019年与人合著了一篇论文,得出结论,钴对NCA型电池带来的价值很小,甚至没有价值。因为在NCA型电池中,镍至少占过渡金属层的90%。这篇论文希望能激发人们对无钴材料的更多兴趣,并特别将铝、锰和镁列为比钴用途更多的三种元素。

但基准矿物情报公司分析师卡斯帕·罗尔斯对此表示怀疑,他称特斯拉电池“无论如何都要使用钴,即使其含量非常之低”。此外,特斯拉最近发布了一份可持续发展报告,该公司在报告中宣布将与采矿业合作,寻找更可持续的钴来源。罗尔斯表示,这表明特斯拉将在一段时间内继续使用钴。

Gigafactories变成Terafactories?

在马斯克承诺要让我们大吃一惊的财报电话会议上,他还暗示了特斯拉制造足迹未来可能的发展方向。他说,特斯拉的下一家工厂不会被称为Gigafactories工厂,而是会被称为“Terafactories工厂”。

如果Giga意味着十亿的东西,那么Tera就等于一万亿。特斯拉之所以决定将其设施命名为Gigafactories,是因为它将生产GWh的电池容量。而TeraFactory可能意味着1000 GWh的电池容量,这是松下目前在内华达州特斯拉工厂产能的20倍。

特斯拉最近的一笔收购为其如何实现电池容量的这一指数增长提供了线索。早在2018年,特斯拉就以提供价值2.18亿美元股票的方式收购了一家名为Maxwell Technologies的公司。后者最大的创新是干电极技术,它比更常用的湿电极技术更环保。Maxwell的技术消除了电流流经电池组中的溶剂。该公司表示,这种可以应用于不同化学成分的电池的干电极技术也提高了性能,而且比湿电极技术更具成本效益。

过渡到干电极技术可以使特斯拉消除目前专门用于湿电极生产的大量制造空间,这反过来将使其能够将更多的电池生产安装到其设施中。因此,Gigafactories工厂就变成了Terafactories工厂。

特斯拉会成为电力公司吗?

今年早些时候,特斯拉推出了一款名为AutoBidder的新产品,该产品允许参与特斯拉家庭存储项目的客户,如其澳大利亚电池农场,在不需要的时候将能源回售给电网。可以把它想象成一个虚拟的发电厂网络。如今,这个项目不仅仅存在于纸面上,特斯拉已经正式申请要成为英国的电力供应商。

达恩的一份演示截图也被泄露,暗示特斯拉新的内部生产的电池将“适用于并网汽车”。后来被私下公布的演示文稿中称:“有了智能电网,司机应该能够让他们的车辆在停在家里或工作时充电或放电,设置最大和最小充电点,这样就有可能进行下一次所需的驾驶。车主应该为此支付电费。未来是非常令人兴奋的。”

这将对特斯拉电动汽车的所有权以及客户如何将其车辆作为“有轮子的电池”赚钱产生巨大影响。但别指望马斯克会宣布特斯拉会成为美国太平洋天然气与电力公司(PG&E)那样的能源巨头。虽然在能源平台上表明自己的地位是有价值的,但特斯拉距离成为电力公司的目标还很远。

“还有一件事”

马斯克公开展示的一个商标揭示了“另一件事”,无论是发布最新的跑车还是电动全地形车辆,“电池日”都不是单纯的产品推介活动。莱文说:“马斯克知道如何通过给喜欢这些技术细节的人吃红肉来喂养这头科技野兽。”

马斯克也敏锐地意识到了竞争,无论是由比尔·盖茨(另一位马斯克对手)支持的、成立10年的加州圣何塞初创公司Quantumscape,还是由Model S的前首席工程师创立的电动汽车初创公司Lucid Motors。Quantumscape声称其锂离子电池可以将电动汽车的续航里程延长50%。Lucid表示,它最近推出的轿车Air可以实现比特斯拉长20%的续航里程。

电动汽车上的电池不再是特斯拉的唯一领地。大众、通用汽车和福特等传统汽车制造商正在向电动汽车开发投入数十亿美元,电池将发挥重要作用。莱文说,如果马斯克想要保持领先地位,他需要抓住这一时刻。他在谈到Quantumscape和Lucid等公司时说:“头条新闻说这些是特斯拉杀手。在这个电池日上,特斯拉需要证明自己‘没那么快被扼杀’。”

原标题:特斯拉电池日活动亮点抢先看:无钴电池或改变电动车发展轨迹

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