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欧博allbet网址:锂电池之父助力特斯拉布局电池领域,特斯拉拥有世界最大电池厂

admin2022-11-241三公大吃小玩法规则

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▲特斯拉2170型电池生产线


特斯拉“消耗”电池的大头当然是其强大的汽车矩阵,也就是动力电池。目前特斯拉拥有四大汽车组装工厂,分别为Giga上海、Giga柏林、Giga得州和弗里蒙特工厂。其中上海超级工厂产能今年将达45万辆,柏林和得州超级工厂规划产能各为50万辆,将先后于今明两年正式开始生产,弗里蒙特工厂规划产能为59万辆。四大汽车组装厂合计年产能为204万辆,而特斯拉还在全世界选址建厂中,如此一来,动力电池的消耗量是相当可观的。而汽车之外,自然就是储能业务了。


锂电池之父助力特斯拉布局数年


2015年,马斯克找上了加拿大顶级大学达尔豪西大学Jeff Dahn团队。Jeff团队是达尔豪西大学内一支专注于锂离子电池技术研究的团队,自2008年开始研究锂电池产业化项目。其官方网站显示,该团队目前拥有30人左右的规模,共计发表论文600余篇,在重量级期刊JES与JPS上均有论文发布。有外媒评价,该团队是目前锂电池领域研究实力最强的团队之一,Jeff本人更是通过精确限定镍钴锰材料中镍的含量,使三元复合正极材料成功实现规模商业化,成为了业界公认的三元材料技术真正的开创者和发明者。


达成合作之后,Jeff团队持续在新型锂离子电极材料、锂离子电池故障机理诊断、电解质添加剂、钠离子与锂离子电池安全性基础研究以及电池研究理论/建模方面持续取得突破。

根据Jeff团队发布的一篇论文,其新研发的动力电池循环周期可达到5000次左右,对应电动汽车行驶寿命超过100万英里(约为160万公里),这项专利目前已经为特斯拉所有。去年年初,外媒又曝出消息,称Jeff团队的研究成果将使特斯拉的动力电池成本达到100美元/kWh(约合701元/kWh)。对比当时投资机构瑞银给出的数据,松下动力电池的成本约为111美元/kWh(约合771元/kWh)、宁德时代约为150美元/kWh(约合1042元/kWh),特斯拉的电池成本当时在业界内处于最低水平。不仅如此,Jeff团队还在帮助特斯拉完成能量密度500Wh/kg的高镍三元锂电池的研发。


除与Jeff达成合作之外,2019年5月,特斯拉以2.18亿美元(约合人民币15.27亿元)的价格收购电池技术公司Maxwell,该公司的干电极技术和超级电容技术处于行业领先地位。干电极技术可帮助特斯拉提升汽车的续航里程,降低电池成本,超级电容技术可帮助特斯拉提升汽车的驾乘感受。干电极技术可以帮助电池的生产成本降低10%~20%,而且使用该工艺制成的三元锂电池电芯能量密度大于300Wh/kg,电芯单体能量密度最高可实现500Wh/kg。超级电容技术可以作为能量回收过程中的储能装置,增加电动汽车的续航里程,而且在急加速过程时,超级电容器还能够实现大功率放电,避免动力电池直接大功率放电产生锂晶枝,对电池结构造成不可逆的损伤。超级电容技术的另一优势是工作温度范围大,大部分电池的工作温度需要维持在20℃~40℃之间,对外界环境温度要求较为苛刻。而超级电容的工作温度在-40℃~80℃之间,可用于冬天车辆起步与动力电池的加热。


收购Maxwell之后不久,特斯拉又低调收购了加拿大电池公司Hibar Systems,该公司有先进的小型电池生产制造技术,成熟的锂电池生产系统(储能领域)。Hibar以生产高精度定量注液泵、注液生产系统、自动化电池制造和工艺设备闻名,产品线覆盖了完整的电芯生产流程。


投资Jeff Dahn团队让特斯拉拥有了自研动力电池的技术人才,收购Maxwell使得特斯拉掌握了动力电池领域最前沿的技术,而收购Hibar是特斯拉自产动力电池项目的最后一环。至此,特斯拉形成了从技术研发、样品验证到大规模量产的全面布局。马斯克认为,4680电池是技术上的“巨大突破”,自产4680电池将使特斯拉生产售价2.5万美元的电动汽车成为可能。


“在未来两到三年内,人们担心的将是电池生产的兆瓦时数(MWh)、供应链以及电池材料的开采和提炼速度。在某种程度上,焦点在于特斯拉每年能生产多少太瓦时(TWh,1太瓦时=10亿千瓦时)的电池。”马斯克说道,“我们粗略计算,需要大约300太瓦时才能将世界转变为可持续能源经济,这意味着巨量的1兆瓦时(MWh)=1000千瓦时(kWh)电池。”


柏林工厂的战略意义


作为全球第二大电动汽车市场,欧洲车企的电气化转型势头十分迅猛,但在核心的动力电池环节,欧洲车企大多依赖进口,本土电池产业链的缺失严重拖垮新车型的进度。同样,特斯拉柏林工厂也依赖海外运过来的2170三元锂电池。


按照计划,建成后的柏林电池工厂将生产出满足每年50万辆电动汽车所需的4680电池,这样才能匹配汽车工厂年产50万辆的目标。


但如今,电池工厂已经无望,美国得州电池厂的4680电池产量也还是未知数,50万辆的产能目标大概是遥遥无期。


从战略意义角度来看,柏林工厂的进度基本决定了特斯拉是否站稳在欧洲市场。当前,特斯拉在欧洲的表现十分亮眼,其主力车型Model 3是2021年欧洲最畅销的电动车,这还是建立在特斯拉依靠进口的前提之下。


可以想象,一旦柏林工厂的产能被完全释放,省去关税与海运时间后,特斯拉在欧洲市场将展现何等的杀伤力。


欧洲车企们也并不是坐以待毙。相比于此前落后的油改电产品,如今类似大众ID.4等新款车型,都广受欧洲消费者们的欢迎。


据特斯拉公布的2022年第二季度财报,特斯拉在欧洲市场份额降到5%,相比上个季度的11%下滑超过50%。如果只考虑纯电车型,2022年第二季度特斯拉在欧洲的纯电动汽车市场份额为8%,相比上个季度18%同样下滑超过50%。这与特斯拉在德国市场的表现截然相反。


可见,如果不是柏林工厂的及时投产,特斯拉在欧洲市场的表现可能会更糟糕。


可柏林工厂毕竟还是特斯拉工艺最先进的工厂,虽然失去了4680电池,但CTC车身电池一体化、一体式铸造车身等最新技术同样都装备到了德国,这些新技术依然能撑起后续车型。


换个角度来说,热衷小车的欧洲人一定需要4680版的特斯拉吗?也未必。


为了抓准欧洲人的胃口,马斯克曾爆料推出缩小版Cybertruck,并且已经确认推出的便宜版Model Y(可能搭载比亚迪刀片电池)。


只要优惠给到位,并突出产品的性价比,特斯拉还是不愁卖。

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最后,特斯拉其实并不需要担忧电池的问题,哪怕得州工厂的电池产能无法满足柏林工厂的需求,特斯拉也能从其他合作伙伴那里得到稳定的电池供应。


这么看下来,一个电池工厂真的是限制柏林工厂产能的原因吗?


特斯拉的电池技术方向


据业内人士分析,特斯拉未来电池技术的方向为“减少或完全不使用钴”,在基于磷酸铁的电池组中不使用钴,在基于镍的电池中使用2%的钴。目前特斯拉的磷酸铁锂电池主要为宁德时代,而特斯拉的另一电池供应商LG化学也正在布局磷酸铁锂电池。之前特斯拉的镍电池主要由LG化学和松下提供。而本文开头提及的柏林电池工厂,被业内人士称为特斯拉自造电池的奠基石,该工厂主要生产4680电池。澳大利亚矿业公司必和必拓(BHP Group)表示,它已与电动汽车龙头企业特斯拉签署了镍供应协议。此外,特斯拉还与矿业公司就其制造电池所需的大宗商品达成了一系列协议,其中包括与嘉能可达成的钴协议,以及支持新喀里多尼亚(New Caledonia)的一家镍合资企业等。特斯拉正在尝试用更多材料制造电池。在可预见的未来,特斯拉和业内其他公司一样,将专注于长续航汽车的镍基三元锂电池,以及短续航汽车的磷酸铁锂电池。

▲特斯拉4680电池


2020年9月,特斯拉发布4680新型圆柱电池。该电池由950个电芯组成,能量密度约300kWh/kg。与特斯拉此前使用的松下2170电池相比,4680电池的尺寸更大,容量提升了5倍,输出功率提升了6倍,使得搭载该电池的车型续航里程可提升16%,并且动力输出功率也可达到先前车型的6倍。装配了全新4680锂离子电池的特斯拉Model S Plaid续航里程可超过837km,而使用老款电池的Model S Long Range续航里程仅为647km,新车续航里程提高了大约30%,而成本却下降14%。国内企业宁德时代、亿纬锂能、比克电池等也在加紧量产。


特斯拉的储能电池


这里介绍下特斯拉生产的两大类储能电池


家用墙式电池(Powerwall Home Battery)


特斯拉Powerwall,全称是Powerwall Home Battery(家用墙式电池),是一款家用级可充放式锂电池,即家用储能电池组。由特斯拉锂电池组、液态热能控制系统和随时可接收太阳能逆变器信号调度的软件组成,其存储的电能完全来源于太阳能。当然,得配合一块安装在屋顶的太阳能板使用。Powerwall则可以安装在家里任何地方的墙上,车库、客厅或者是小院子,随你喜欢。即便是在停电期间,家用储能电池组也会给汽车更加高效的充电,虽然以前也可以,但是现在通过特斯拉的升级,它在家用供电和电动车供电之间的切换可以更加智能且高效。


Powerwall提供两个版本供消费者购买:10kWh和7kWh,用户可根据自身需求购买。对于有纯电动车的人来说,也不用太过担心10kWh的电池不够用。Powerwall允许多块一起串联使用,比如这样:10kWh的Powerwall主要用于作应急电源使用,而7kWh的Powerwall则主要供家庭日常生活使用。当然这两个版本电池均可连接太阳能或当地电网,同时它们均可作备用电源使用。


据外媒报道,现在家中安装特斯拉Powerwall的用户们,可以自己设定家用电能供应和电动车充电电能供应的分配,软件系统会智能的计算如何在家用电能供应和电动车充电之间保持平衡。


在停电期间,这种智能分配情况特别是会显得更加高效,比如在光照充足的前提下,如果家用不需要太多电能,系统就会将太阳能发电板的更多电能转移给汽车充电。基本就是这样,特斯拉Powerwall现在变得更加智能化了。


不过,拥有特斯拉Powerwall家用储能电池组的成本不低,目前它在美国的售价是6500美元(不含税),配件费用1100美元,对家用电力系统的升级改造费在2500-4500美元,按照这个最高账单计算的话,约为12100美元(约8.6万人民币)。如此高昂的成本可不是普通人能轻易拥有的。


顺便提一下,特斯拉Powerwall家用墙式电池的北美渠道合作方是Treehouse,SolarEdge以及Green Mountain Power。加入特斯拉工业、商业电池研发生产的合作方数目更多:Amazon,Target,Jackson Family Wines,EnerNoc,Advanced Microgrid Solutions,OnCor,Southern California Edison和AES等。


2.商用、工业用电池系统(Tesla Energy for Business and Utility applications)


将Powerwall中的核心部件取出,多个串联,再放到上图的白色柜子之中,就是马斯克要推出的第二种电池产品Powerpack,供给商用与工业使用。它的单体基本功率为100kWh,外形酷似柜式空调,只需1亿6千万台这样的Powerpack电池,整个美国的电能需求即可完全由可再生能源提供。


值得一提的是,对于工业级别的Powerpack,多个100kWh的单体电池可形成容量在500kWh~10MWh+的电池组。这些电池系统利用和当地电网连接的双向逆变器,可实现2小时或4小时连续放电。Powerpack能够对能耗进行智能控制,例如在高峰期放电,抑制峰值负载;将能源消耗的时间点改变,以达到错峰用电的效果;在应急状况下,也可以作为能源储备。


Powerpack主要用于公用事业和商业能源存储,每个Powerpack包含16个独立的电池舱,并支持多种用途,可以为商业消费者和能源供应商提供更好的电网控制、效率和可靠性。亚马逊正在全球履约中心部署特斯拉Powerpacks储能系统。


2019年,特斯拉与天然气和电力公司达成一项合作,将在美国加利福尼亚州蒙特里湾地区的莫斯兰丁社区,部署数个名为Megapack的巨型电池储能设备。2021年,特斯拉与法国可再生能源公司Neoen合作打造的“维多利亚大电池”(Victorian Big Battery)项目获得了正式注册。该项目搭载的也是Megapack储能系统,为13吨的锂电池。特斯拉美国官网还上线了Megapack工业级电池储能系统,定价100万美元起,而且特斯拉称Megapack到2022年底的产能都已售罄。据了解,一个Megapack是一个大型的3兆瓦电池系统,可输出功率是761.9 kW。


需要特别指出的是,2019年年底,有海外媒体曝光了特斯拉官方运营的移动储能充电车,具备同时为8辆特斯拉车型提供快速充电的能力。而充电车上所搭载的储能装置为储能电池Megapack。这也意味着特斯拉的Megapack还有可能应用于汽车“储能”市场,这也与当下的换电站、近期比亚迪车辆的“移动电站”功能有着异曲同工之妙,更加说明储能电池市场的边界不可限量。


另外,特斯拉官网显示,2021年曾招聘一名高级能源交易分析师,以推动全球最大电池项目的持续性能改进。根据该职位描述,特斯拉计划使用一个名为Autobidder的内部自动交易平台,用于向多个能源批发市场投标电池。


来源:岩菲碳友会、镁客网(ID:im2maker)

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