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2020-11-28 点击量:242次
再过两周,也就是美国时间九月二十二日,被马斯克称为特斯拉历史上最重要的活动电池日将在美国加州厂举办,这也是特斯拉首次专门针对电池技术举办公布会。
为何特斯拉这场活动会受到业内如此关注?此前预热的特斯拉在电池方面的技术“核弹”百万公里电池、无钴电池、干电极技术、硅纳米线技术等四项重磅技术“核弹”极有可能会在此次活动上抛出。
特斯拉目前所用的圆柱电池
特斯拉每次公布会都会引起行业巨震,此次公布会涉及电动汽车领域最重要的零部件——动力锂电池,自然也让无数人充满期待。
那么特斯拉此次电池日活动究竟会公布什么内容?对动力锂电池行业又会出现什么影响?特斯拉电池日上是否还会有重磅信息公布呢?
尽管特斯拉此次透漏的蛛丝马迹极少,但根据车东西对电池技术和产业链的持续关注和跟踪,可以推断特斯拉电池日要公布的内容基本会锁定在下面这些方面。
一、手握多项新技术将颠覆电池行业?
经过最近两年的紧密布局,特斯拉已经积累了不少动力锂电池方面的新技术,这些技术可能都会亮相本次电池日。
1、干电极技术:单体电芯能量密度可达500Wh/kg
从2016年之后,马斯克转身扎进了特斯拉Model3的产量地狱,特斯拉在动力锂电池方面并没有太多动作传出。
2019年二月,特斯拉2018年财报公布的电话会议上,马斯克指出,超级厂电芯产量的不足是限制特斯拉Mode3产量的最大桎梏。松下动力锂电池产量的限制,驱使特斯拉重新加速在动力锂电池领域的布局。
2015年,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,而能被特斯拉看上也说明了这家公司并不普通。
Maxwell并不像传统电池公司那般在进行湿电极工艺,而是开发了干电极技术与超级电容技术。干电极生产工艺不要将正负极材料加入溶剂中对电极片材料进行涂覆,而是直接将活跃的正负极材料混入黏性物质中,使得正负极材料自身“原纤维化”,形成自支撑膜,牢牢地粘着在电极片上。
Maxwell干电极技术介绍
这种工艺可以生产出更厚的电极,使电池的能量密度得到大幅提升,用该工艺制成的三元锂离子电池电芯单体能量密度最高可达到500Wh/kg,而目前主流的三元锂离子电池电芯单体能量密度为300Wh/kg左右。
干电极的另一个好处就是,在电池使用之后,持续为其补充锂金属,可弥补电池的容量衰减,而采用湿电极法制备的电极,补充锂金属和混有锂金属的碳不能很好地彼此融合,通常会伴有烟雾、火苗和噪音等强烈反应。
此外,Maxwell还在研发超级电容技术,可以用作能量回收过程中的快速储能装置,其能耗远小于将回收的动能重新储备到电池中。在急加速过程中,超级电容器能够实现大功率放电,防止动力锂电池直接大功率放电出现锂晶枝,对电池结构造成不可逆的损伤。
Maxwell待审专利
超级电容技术的另一大优势,就是工作温度范围大,大部分电池的工作温度要维持在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锂电池的加热。
Maxwell虽然在电池公司中并不算太知名,但这两项技术却为动力锂电池供应了更多的可能,特斯拉也正是冲着这两项技术,才愿意花重金拿下这家公司。
2、硅纳米线技术:电池质量体积将减少一半
这项技术特斯拉此前并未有过任何介绍,对这种技术的猜测也是在特斯拉上个月底公布的电池日最新海报之后。
特斯拉电池日海报以黑色为基本色调,除了介绍电池日的基本信息之外,海报上还有一些抽象的线条,这些线条也引起了许多媒体的关注。
特斯拉电池日海报
海外媒体经过认真研究之后认为这是一种新的电池材料——硅纳米线的结构图,由此一部分海外媒体也认为特斯拉在电池日上公布的将会是基于硅纳米线技术的全新电池,而非之前所传闻的干电极技术。
外媒报道称采用硅纳米线技术后,电芯的重量将会减轻一半,占用的空间也会是当前锂离子电池的一半,换言之就是,同样的电池体积和质量的电池组的能量密度会得到大幅提升,这就为更高能量密度的动力锂电池铺平了道路。
硅纳米线技术电池能量密度更高
此外,海外媒体还研究发现,这个硅纳米线的结构图直接指向了一家前沿电池制造公司Amprius,而在谷歌地图上搜索了之后,外媒惊奇的发现了这家公司的所在地已经搬到了特斯拉弗里蒙特电池制造厂附近。而特斯拉的电池日活动就将会在该厂举办。
之后,有博主在推特上发推表示,Amprius硅纳米线电池在能量密度上非常有优势,马斯克则直接在这条推特下方回应称,400Wh/kg、具备高循环寿命,且可批量生产的电芯并不遥远,可能会在3到4年内实现。
这一次回应也不免让人出现联想,特斯拉在扩建弗里蒙特电池制造厂的时候,Amprius公司恰好搬到旁边,而特斯拉海报又暧昧的指向了这家公司。
虽然之后马斯克在外媒cleantechnica的推文下面表示,特斯拉与Amprius没有关系,但这个回应却并不够坚决(emoji表情的使用让这个回答显的并不正式,当然不排除笔者过度解读的可能性)。至于这两家公司是否有联系还要等到电池日活动当天马斯克亲自来揭示。
马斯克推特截图
二、新型电池或亮相寿命提升成本缩减
虽然特斯拉一直在关于新的电池技术进行探索,但上面两种电池技术距离正式量产还有一定的差距,特斯拉本次电池日活动展现出来并不一定只是这种前端技术,真正能够为电动汽车供应便利的电池技术或许才是特斯拉的重头戏。而在这方面,特斯拉也早有布局。
1、百万公里电池:电动汽车使用寿命将上升
电池的使用寿命问题一直是车企和电池厂商头疼的问题,这也导致了电动汽车贬值过快,一个长寿命的动力锂电池对车企和用户来说都很重要。
作为行业的领头人,特斯拉自然也不会在这方面毫无布局。2015年,马斯克找上了专注于锂电技术产业化的杰夫·戴恩团队,希望为其供应“数额可观的5年的研究经费”(thesubstantial5-yearfundingpackage),让其为特斯拉研发寿命更长、成本更低、能量密度更高的锂离子电池。
杰夫·戴恩
杰夫·戴恩曾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,为业界公认的三元材料技术真正的开创者和发明者。
去年九月底,杰夫·戴恩团队公布了一篇论文介绍了他们正在测试的新一代锂离子电池,该电池采用了下一代单晶阴极和新型电解液。
在采用了单晶阴极的情况下,电池经过了4000次循环之后,容量仅会损耗10%,而现阶段的技术条件下,电池1000次循环之后,容量就会损耗10%。
此外,杰夫·戴恩团队还考虑了几种不同的电解质,用不同的方法检查电池性能下降和阻抗上升的原因,而有些测试甚至已经秘密进行了三年多。
杰夫·戴恩研究小组
杰夫·戴恩团队认为新研发动力锂电池能够驱动电动汽车行驶超过160万公里,假如用在电网能源储存方面则至少可以使用20年。
而今年五月份,路透社报道称,特斯拉将和宁德时代共同开发一款寿命超过百万英里(约合160万公里)的电池,从这个角度来看,宁德时代也可能会参与到特斯拉的长寿命电池项目中。
2、无钴电池:电池成本可大幅降低
目前特斯拉电动汽车重要采用的是松下生产的NCA三元锂离子电池,在生产过程中要用到钴金属。
但钴是一种稀缺金属,产量少且分布不均,美国地质勘探局数据显示,全球陆地钴资源的储量约为700万吨,其中刚果(金)的储量占比为52%、澳大利亚储量占比为17%,古巴的储量占比为7%,其他国家的储量则非常低。
这也就导致了钴出现了供不应求的情况,蜂巢能源总裁杨红新曾表示:““假如不考虑回收,到2026年以后,钴元素将供不应求。”相应的钴元素的稀缺也导致价格上升,更不用说还涉及了童工采矿等一系列问题。
目前多个电池公司都在致力于无钴电池的研发,特斯拉在这方面的研究,路透社曾报道称,特斯拉正在和宁德时代合作研发无钴电池。
路透社报道,特斯拉正在与宁德时代商议无钴电池合作
但从已有的信息来看,特斯拉和宁德时代的合作比较偏向于磷酸铁锂离子电池,目前磷酸铁锂版本的国产Model3已经出现在了工信部的新车目录之中。
但这两家公司有没有在一起讨论其他的无钴电池目前还不得而知,这一问题的答案或许要等到特斯拉电池日上才会被公布。
三、自产电池布局完善加州厂正在招人
从以上布局来看,特斯拉已经在电池技术领域有了不少的积累,基本上具备了自产电池的能力,但生产电池除了技术之外,还要有足够的生产技术和产险,在这方面特斯拉也已经有了部署。
去年十月份,有媒体发现,加拿大精密设备公司Hibar突然出现在特斯拉旗下,成为了特斯拉的控股子公司。
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。
在过去的40年时间里
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