特斯拉汽车造充电池的成本费怎样操纵?

DeepTech深科技 阅读:57494 2021-04-19 21:02:14

“‘低钴’和‘无钴’是将来充电电池电池正极材料的发展趋向。” 谈起充电电池产业链的发展方向,清华车子与运输学校终身教授、充电电池室验室负责人冯旭宁强调。对于此事,中科院物理研究所博导、天目湖优秀储能研究所首席科学家吴凡也表述了同样的见解:“对锂电池电池正极材料来讲,‘高镍低钴’或‘无钴’化指必然趋势。”

过去 20 年来,半导体业发展趋势一路飞速发展,如 CPU 生产工艺一直遵照颠覆性创新,特性每过2年就能翻一倍。

殊不知,新型电池却沒有获得很大提升,纵使每一年都是会有各种各样 “XX 新型电池” 的新闻报道冲到热搜榜,但最后或是沦落 “PPT 充电电池”:或者由于技术性加工工艺,或者由于成本费工程造价,或者由于安全系数等多种要素,自始至终走出不来试验室,无法规模性批量生产和普及化。

就目前来讲,无论新材料行业如何 “大放豪言壮语”,充电电池一直全是挡在纯电动车发展趋势路面上的拦路虎。

图 | 新能源车(来源于:Pixabay)

举起 “无钴” 旗帜,埃隆马斯克涉足充电电池界

伴随着 2020 年特斯拉汽车 “充电电池日” 上 4680 充电电池的宣布现身,充电电池界又多了一位 “新游戏玩家”,更准确地说应该是 “搅乱者”。依照埃隆马斯克过去的 “设计风格”,他每进到到一个领域一定会刮起一场血雨腥风。

充电电池占有整车成本费的大部分,那下面特斯拉汽车造充电电池的成本费怎样操纵呢?这就迫不得已提及充电电池中的关键成份 —— 钴。这类质量数为 27,在化学分子元素表中坐落于第 4 周期时间、第 Ⅷ 族的金属材料,是充电电池生产制造中不可或缺的正级原料(最少目前仍然必不可少)。

图 | 钴在化学元素表中的部位(来源于:互联网)

“电池行业对钴的消耗量较大 ,占有率超 50%。钴是活性物质,既能平稳原材料的片层构造,又能减少正离子分栏,以便原材料深层充放电,进而提升 原材料的充放电容积、回收再利用和倍数特性;镍能够 提升 原材料特异性,提升 比能量。” 吴凡表明。

在大自然铁矿石中,钴和镍是相互依存的关联,其占有率为 1:10,即从铁矿石里边纯化一份的钴,另外能获得十份的镍。“但钴这类原素存有2个缺陷。第一,钴具备一定的毒副作用;第二,钴的纯化较为艰难。” 冯旭宁讲到。

此外,钴資源的欠缺也是不利条件。“现阶段全世界已发现陆上钴储量约 2500 万吨级,储藏量 720 万吨级,关键集中化在圭亚那(金)、加拿大和利比里亚,三国储藏量之和占全世界储藏量的 68%。圭亚那(金)储藏量居全球第一位,达 340 万吨级。” 吴凡强调,“钴因为其稀缺资源已变成战略有色金属資源,另外其供应链管理构造集中、不稳定,已变成新能源车发展趋势的制约。”

生产量少 纯化难导致了钴的价格持续飙升,也就导致了充电电池的成本费持续上升。

那充电电池能否 “无钴” 呢?回答是能够 的。

“低钴” 甚至 “无钴” 既是特斯拉汽车下面要走的线路,也是必须摆脱的难点,这一点埃隆马斯克在 2020 年 “充电电池日” 上也早已确立表态发言。据统计,早在 2019 年 1 月,Jeff Dahn(现为特斯拉汽车首席科学家)曾发布过一篇毕业论文强调锂电电池正极材料 “无钴高镍” 的可行性分析,终究镍在大自然比钴多很多,纯化也相对性非常容易一些。毫无疑问,恰好是 Jeff Dahn 的见解巨大地坚定不移了埃隆马斯克要造 “无钴充电电池” 的自信心。

图 | 特斯拉电池的 “无钴高镍” 方案(来源于:特斯拉汽车)

谈起 Jeff Dahn,冯旭宁告知 DeepTech:“有关锂电池材料尤其是无钴原材料,Dahn 老先生研究组很早已进行科学研究了。Jeff Dahn 老先生是极少数经历过锂电池技术性全过程产品研发且仍在技术性一线的生物学家之一。”

针对充电电池 “无钴” 化,冯旭宁表明:“‘低钴’和‘无钴’是将来充电电池电池正极材料的发展趋向。但在充电电池‘无钴’化的另外必须加上别的的正离子来取代钴在充电电池蓄电池充电全过程中的功效。”

虽然特斯拉汽车目前的充电电池还离不了钴,但纵览往日其各代充电电池,其钴成分已经持续减少,最后完成充电电池 “无钴” 化指日终有一别。

被逼无奈,特斯拉汽车迈向自研自产自销充电电池之途

做为新能源车行业的 “哥哥”,特斯拉汽车了解固态电池和石墨烯电池的优点,但将来两年特斯拉汽车往往不准备做固体和石墨烯材料,只是再次 “深耕细作” 锂电池,缘故关键归纳为二点。

第一,受限于经销商的新型电池。

在充电电池供货层面,特斯拉汽车和康佳、LG 有机化学、赣锋锂业都是有协作,特斯拉电动车所应用的 1865 充电电池和 2170 充电电池皆由她们出示,但受限于特性、安全性、经营规模、价钱等综合性要素的衡量,圆柱型锂电池是现阶段经销商能给特斯拉汽车的最好是充电电池。

图 | 特斯拉汽车应用的 1865 充电电池和 2170 充电电池(来源于:特斯拉汽车)

显而易见,这离特斯拉汽车心中中的 “理想化充电电池” 也有一些差别。即然自身要想的充电电池经销商给不上,因此特斯拉汽车便迈向了 “自研 自产自销” 充电电池的路面。

说白了 “术有专攻”,特斯拉汽车在充电电池行业的累积显而易见比不上康佳等知名经销商,因此其花巨资找来锂电池界的祖师爷级角色 ——Jeff Dahn 亲自挂帅出任特斯拉汽车首席科学家,开发设计 “不可能三角” 充电电池,它是一种比能量高些、电池充电速率更快、制造成本更低的锂电池。

Jeff Dahn 也不负使命,阔别一年便交了一份让埃隆马斯克令人满意的试卷,虽然 4680 充电电池还存有一丝不够,但它的综合型能非常好地提升了领域自信心。

从第三方购置、到合资企业办厂、再到自研自产自销,特斯拉汽车在充电电池路面上宛然摆脱了自身的脚步。能够 预料,将来两年内特斯拉汽车将再次顺着目前完善线路应用圆柱型充电电池的多串联计划方案、再次开发设计大空间锂电池。

第二,特斯拉汽车的商业服务对策。

特斯拉汽车说到底是一家汽车企业,是公司就需要赢利,想赢利就需要操纵成本费。固态电池尽管极其优异,但目前无论是技术性或是加工工艺都存有短板,彻底不具有产业化批量生产的很有可能,并且成本费趾高气昂,沒有商业化的的实际意义。在特斯拉汽车来看,应用完善的锂电池是时下更优质的解决方法。

图 | 特斯拉汽车方案发布 2.5 万美金的纯电动车(来源于:特斯拉汽车)

特斯拉汽车往往这般关心充电电池,是由于除开危害整车的特性主要表现以外,充电电池在整车成本费占比较高达 40%,仅有充电电池成本费降下去,整车成本费才可以降下去。这也恰好是为何 2020 年 “充电电池日” 上埃隆马斯克声称要在三年内发布一款 2.5 万美金(折合 16 万rmb)的纯电动车,其自信恰好是来源于 4680 充电电池的成本费已减少 56%。

特斯拉汽车的商业服务对策是 “廉价抢销售市场” ,以加快全世界市场开拓。伴随着iPhone等互联网大厂也公布要造车,目前特斯拉汽车要做的是尽早占领市场,靠的便是廉价。对众多顾客来讲,价钱仍然或是诸多要素中最优先选择考虑到的,例如以前特斯拉汽车公布减价时,官方网站一度偏瘫、线下推广店面挤得密不透风。

和中国一些新能源汽车企不惜一切大搞 “千公里续航力” 不一样,特斯拉汽车更注重充电电池的成本费。前有新型电池短板的制约,后有来源于互联网大厂的围堵,该企业如今最想要做的是尽早减少纯电动车价钱,以更低的价钱抢占市场,让销售市场迅速做到饱和状态。

专业人士:4680 充电电池并沒有做到预估

针对特斯拉汽车 4680 充电电池,吴凡表述了自身的观点:“特斯拉汽车关键根据提升充电电池零部件、简单化充电电池生产制造生产流程等,提高充电电池规范化生产量,做到减少充电电池成本费的目地。这类根据提升每块充电电池容积来提升电池包比能量的关键技术或构思在实质上与比亚迪汽车的刀头充电电池、也有赣锋锂业的 CTP 技术性是一致的。”

电池并联过多会造成发生发烫、高效率劣等负面影响,大容量锂电池能够 合理降低串联数,管理信息系统方面也越来越更为简易。“大空间化指全部新能源车电池行业的发展趋势。” 冯旭宁表明。

单看特斯拉汽车的 PPT 详细介绍,4680 充电电池的特性主要表现确实让人赞美,好像再度让业内看到了期待。殊不知在专业人士来看,这类充电电池并沒有做到预估。

“特斯拉汽车在纯电动车行业归属于榜样型公司,它针对充电电池的了解也会更为深入,因为关心渡过高的缘故,大家对它能够 说成‘寄予希望’,专业人士感觉 4680 充电电池并沒有做到预估。” 冯旭宁说。“毫无疑问的是,特斯拉汽车 4680 充电电池的综合型能仍然位居国际性第一梯队,但前边得加一个定语 —— 在圆柱型锂电池范围里。” 他接着填补道。

严苛实际意义而言,特斯拉汽车 4680 充电电池更像是一次 “提升升級”,并非 “改革”。

图 | 特斯拉汽车 4680 充电电池的卷芯构造(来源于:特斯拉汽车)

此外,特斯拉汽车的这类圆柱型锂电容积也是有 “吊顶天花板”。“关键是由于圆柱型锂电必须卷芯,外场一部分特性不错,但越挨近关键部位折射率越大,易发生应力的状况,导致活性物质不能用,从而产生消耗。因此这类电池电量是有限制的,没法做得尤其大。” 冯旭宁表明。将来,转为别的充电电池,例如业内广泛看中的固态电池也许是更强的发展方向。

现阶段的固态电池和石墨烯电池实际上正处在转折期,即固态电解质和石墨烯材料还仅仅归属于 “添加物” 特性。“例如在锂电池中加上固态电解质溶液以提升比能量、提高安全系数;在负级加上石墨烯材料以提高导电率、提升 电池充电速率。二者加上得越大,特性就越高,但相对应的加工工艺难度系数和制造成本也就越高。” 冯旭宁讲到。

显而易见,无论是固态电池或是石墨烯电池,目前也不具有批量生产的概率。

特斯拉汽车的铁人三项:做充电电池、搞快速充电、建电桩

充电电池立即关联到车辆总体特性主要表现,而日常安全驾驶让买车人觉得焦虑情绪的,除开里程数,再有就是电池充电速率。

“里程数相匹配的是充电电池的比能量,电池充电速率相匹配的是充电电池的功率。” 冯旭宁说,“想提升 比能量能够 电级做得厚一些,想提升 功率能够 电级做得薄一些,但这二者是分歧的,这就必须充电电池生产商在设计方案充电电池的全过程中去综合性考虑,开展衡量和选择。” 他填补道。

“快速充电技术性,充电电池生产商和汽车企业各承担一半。” 冯旭宁表明。充电电池生产商能做的是 “充电电池先天性的” 导电能力强,例如加上导电性剂,操纵锂电芯预紧力,将电级制成梯度方向电级或薄电级等;汽车企业能做的是 “充电电池后天性的” 电池充电全过程中对电流量开展操纵,让蓄电池充电全过程中但是热,不毁坏金属电极。“现阶段,领域的总体目标是电池充电 5 分鐘能跑 200 千米。” 他说道。

特斯拉汽车的快速充电技术性业界领跑,其选用 “大功率直流电源” 方式,电池充电功率达 40kW 之上,例如特斯拉汽车超级充电站能够 完成 30 分鐘充一半,80 分鐘彻底充斥着。在电动车充电站 / 桩基本建设层面,特斯拉汽车也是走在全球前端。据调查,特斯拉汽车在全世界范畴有着超出 2 万只非常汽车充电桩。在中国内地有着 750 多个超级充电站、6000 多个非常汽车充电桩,遮盖 300 个之上的大城市。

有关纯电动车取代出来的蓄电池回收环境污染难题。冯旭宁表明,“蓄电池回收是污染物关键指的是工业污染,例如铅酸蓄电池里的铅,镍镉电池里的镉,而锂电池內部的原材料毒副作用较低(锂电池中钴的占有率大概为 1-3%,),一般不容易对土壤层导致重金属超标残余。”

图 | 特斯拉电池收购 (来源于:特斯拉汽车)

埃隆马斯克在 2020 年 “充电电池日” 上也曾公布表明:“蓄电池回收能够 开展取回运用,用以标配车系或是太阳能发电等有储能技术要求的行业,那样也可以进一步减少充电电池的应用成本费。”

对于此事,冯旭宁说:“锂电池回收一般分两大类,一类是在长时间负荷下用完以后,到低负载下再次应用,例如一些 5G 移动基站能够 运用纯电动车取代出来的旧充电电池;另一类便是立即损毁,根据物理学法粉碎成原料,分离出来出充电电池中的有效金属材料,例如铜、铝、钴、镍等,再再次送到锂电池厂生产加工成充电电池,这些方面收购 高效率十分高,贴近 100%。”

此外,吴凡也强调了目前锂电池回收产业链存有的一些难题:“第一,充电电池生产商多且应用很分散化,废旧电池搜集欠缺合理方式;第二,充电电池剩下使用寿命及其收购 价格评估难;第三,充电电池拆卸难度系数大,且存有一定安全风险;第四,锂电池回收涉及到领域诸多,运营模式必须进一步探寻和健全。”

从硬件配置产品研发到手机软件合理布局,特斯拉汽车在下一盘大棋

过去,大家针对传统式汽柴油车辆的认知能力只是滞留在 “硬件配置” 方面,觉得车辆仅仅一个交通工具罢了。到现如今的新能源车时期,大家发觉原先车辆也是能够 配用电脑操作系统,能够 完成智能化系统的。

图 | 特斯拉汽车(来源于:Pixabay)

在纯电动车的硬件配置中,充电电池毫无疑问是更为关键的一部分;而在手机软件中,自动式安全驾驶是关键,例如特斯拉汽车的 FSD(Full Self-Driving)在业界如同榜样一般的存有,且收费标准颇丰。据统计,现阶段特斯拉汽车 FSD 模块在我国的市场价达到 6.4 万余元。“特斯拉汽车的业务流程合理布局可能越来越和iPhone愈来愈像,将来,特斯拉汽车很有可能会变为一个服务提供商,不光靠卖车辆硬件配置,大量的是根据软件技术服务完成赢利。” 一位业界杰出人员告知 DeepTech。

从纯电动车硬件配置到车截系统,从新型电池、整车拼装,到 FSD 及其手机软件绿色生态,可以看出,特斯拉汽车已经下一盘大棋。

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