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3 家供应商还不满足 特斯拉自己造电池的内幕到



  前段时间和在新能源车媒体工作比较久的前辈聊天,发现大家都认为目前新能源车的这批用户和国内最早期的汽车用户比较像,他们对于技术和参数比较关注,独立思考能力强而且都很爱研究。毕竟现在的燃油车已经非常普及,没有多少人还会去谈论我的车是歧管喷射还是缸内直喷、涡轮压力达到多少个 bar、每缸多少气门,也不会有人闲着没事就和朋友炫耀我的车带有可变气门正时系统吧啦吧啦。排放法规让汽车变得越来越无聊,喜欢数码和智能设备的年轻人现在慢慢开始对新能源车产生兴趣,嘴边常挂着 OTA、Autopilot、毫米波雷达、动能回收、NCM811 等新鲜的词。

  这不,上周一条特斯拉国产版本将采用无钴电池的新闻又牵动了新能源爱好者的心。其实大家关注的不仅仅是磷酸铁锂或三元锂,比起电池正极材料,大家同样关心的是国产特斯拉对行业会带来什么改变。那么今天我们就来好好聊聊特斯拉、宁德时代、磷酸铁锂电池和三元锂,猜测一下究竟在四月特斯拉还会有什么大新闻。

  2020 年 1 月 30 号,特斯拉2019 年第四季度财报电话会议上,马斯克透露了宁德时代将成为特斯拉新的电池合作伙伴。

  2020 年 2 月 3 日,宁德时代正式发布公告,将成为特斯拉锂离子电池供应商,供货有效期为两年。

  2020 年 2 月 18 日,路透社报道特斯拉正在与宁德时代商谈,上海工厂生产的特斯拉将使用无钴电池。

  2020 年 2 月 21 日,超级工厂在社交平台回复无钴不代表一定是磷酸铁锂电池,请大家留意四月的特斯拉电池发布会。不久之后,该回复被删除。

  之前大家熟悉的特斯拉车型都是用的圆柱电池,比如早期特斯拉车型都是采用 18650 电池。圆柱电池的名称并不复杂,18 表示直径为 18mm,65 表示长度为 65mm,0 表示为圆柱形电池。到了 2017 年 1 月 4 日,特斯拉宣布与松下联合研发的新型 21700 电池开始量产,也是后来放在上的电池。特斯拉表示 18650 换装 21700 后电池能量密度提升近 20%,成本也明显低于 18650,系统的成本预计下降 9% 左右,系统的重量预计下降 10% 左右。但是不管是 18650 电池还是 21700 电池,他们都属于圆柱三元锂离子电池。

  现在大家在国内见到的主要是用的 21700 电池。在国产之前Model 3大多数的 21700 电池均由 Giga Nevada 生产并 Pack。为了提高车辆零部件的本土化率,目前特斯拉在国产Model 3上开始有部分搭载的是由南京LG 化学提供的电池。

  随着 LG 电池版本的国产Model 3交付,关于 LG /松下这两个版本的对比信息也越来多。关于如何分辨自己提到的什么使用什么版本的电池,知名博主小特叔叔给大家提供了两种方法。方法一看车辆铭牌信息中电池容量信息,145.7Ah 为 LG;148.8Ah 为松下;方法二看车里的黄色的能源消耗标示纸,445KM 为 LG;455KM 为松下。这两种电池目前已知区别暂时只有满电续航。满电表显里程,松下版本在 375-385KM;LG 版本则为 360KM 左右。

  而最近大家关注的国产特斯拉和宁德时代的合作项目,则是未来可能会搭载在国产Model 3上的第三种电池。

  最早提到宁德时代电池是在 2020 年 1 月 30 号,特斯拉2019 年第四季度财报电话会议上,马斯克透露了宁德时代将成为特斯拉新的电池合作伙伴。随后 2020 年 2 月 3 日,宁德时代正式发布公告,将成为特斯拉锂离子电池供应商,供货有效期为两年,从 2020 年 7 月 1 日开始到 2022 年 6 月 30 日。这次合作的新闻直接给特斯拉和宁德时代的股票价格带来了一波疯狂的几连涨。资本的狂欢之后,国内关注这台车的消费者的问题就来了,国产特斯拉和宁德时代的合作是什么电池呢?难道宁德时代要给特斯拉造圆柱电池?

  外网和国内网友对这件事的关注度都很高,其中 Simon Moores 最早爆料,宁德时代为特斯拉提供的电池将使用方形封装,是特斯拉历史上首次使用圆柱形以外的电池。

  而根据真锂研究从 CATL 壳体供应商处了解到的信息,该公司正在为 CATL 开发的 63280项目就是用在特斯拉上,确定为磷酸铁锂电池,同时特斯拉要求国产的 Model3 售价未来可以降到 20 万以内。

  本以为事情就这样过去了,结果超级工厂的一条回复“无钴不代表一定是磷酸铁锂”,再一次一石激起千层浪。要知道目前上使用的 NCA 三元锂 2170 电芯 NCA 的比例为 9:0.5:0.5,其中钴的比例已经做到了 5%,低于目前主流的 10%。由于钴的价格非常昂贵,所以电池产业逐渐增加镍的比例,同时配合其他元素去稳定化学结构,以保证安全性,比如锰和铝,这也是为什么行业中主流方案皆是 NCM(镍钴锰酸)和 NCA(镍钴铝酸)三元锂电池。宁德时代最新一代的 NCM 811 只有 10% 的钴,马上有人开始头脑风暴,是不是宁德时代要为特斯拉做出完全无钴配比的电池。

  但是特斯拉的这条回复随后很快就被删除掉,一切猜想又回到了最初的原点。从那之后,更多的人开始认同最初的猜测——国产特斯拉是要用宁德时代量产的 LFP 锂电池(LiFePO4,磷酸铁锂电池)。磷酸铁锂电池的正极材料为铁锂,没有钴元素。虽然不是真正意义上的“无钴”三元锂电池,但你要叫无钴电池也确实没错。

  2019 年宁德时代的的出货量为 32.87 GWh,其中磷酸铁锂 11.3 GWh,占比 34%,并不算很多。但是这一次和特斯拉的合作,可能就意味着磷酸铁锂电池将卷土重来。考虑到宁德时代在 2019 德国法兰克福车展上已经展出过 CTP 技术,我们猜测特斯拉将会采用宁德时代全新的方形无模组磷酸铁锂电池包。

  对于不太了解 CTP 技术的朋友,这里也多解释一句。一般电动汽车上搭载的电池包,由电芯(Cell)组装成为模组(Module),再把模组安装到电池包(Pack)里,形成了“电芯(Cell)——模组(Module)——电池包(Pack)”的三级装配模式。而 CTP,即 Cell to PACK,是电芯直接集成为电池包,从而省去了中间模组环节。比亚迪的刀片电池也使用了这项技术。

  讲国产特斯拉为什么使用磷酸铁锂电池之前,我们看一下两组数据。第一组是中银证券对的成本拆分。其中动力系统、电子控制、、内饰安全的价值占比分别为 53%、18%、14%、16%,动力系统是占比最高的。

  第二组数据是关于电池材料的,三元锂电池中正极材料的价格占了动力电池成本的 40%,正极材料中镍、钴、锰三种原材料目前的价格分别为 10 万/吨、27.7 万/吨、0.64 万/吨。截止目前,全球已探明钴储量为 700 万吨,其中刚果金以 330 万吨的储量占据了 48.6% 份额。但是刚果金占据全球钴产量的60%,而在这里面,嘉能可国际就控制了全球1/3的钴贸易量,基本上掌控全球钴价的定价权。以 2019 年的行情,磷酸铁锂电池的成本价约为 650 元/度电,远远低于三元锂电池的 850-950 元/度电。光这一项,成本就能下降近 30%。

  结合这些数据,使用磷酸铁锂电池最大的优点出现了——成本低。除此之外,磷酸铁锂电池还有一个很重要的优势,那就是产量大,可以满足未来工厂周产 3000 台的需求。特斯拉从落地国产开始就不断加快所有零部件国产化的进程,目的之一就是为了降低生产成本。目前国产标准续航后驱升级版版车型补贴后售价为 29.905 万元,采用更便宜的电池包,还能给特斯拉一定的降价空间。这样一来国产Model 3的售价门槛有望再次降低。

  而且磷酸铁锂电池电动车行业已经是很成熟的方案了,通常用于电动公交车和其他重型车辆(环卫卡车等)。成本低、寿命长、安全性好,特斯拉自然原因和宁德时代合作。

  三元锂电池这些年能迅速发展离不开国内补贴政策的帮助,这几年来国家在补贴上偏向长续航里程、电池系统能量密度高的车型,因此车企的产品就向着这个方向靠拢。但当补贴降低之后,很多主打性价比的车型就不得不考虑成本更低的磷酸铁锂。

  对于特斯拉来说,采用哪种电池,本质上只用看它是否符合特斯拉的“规划”。如果符合特斯拉的方向,即便有困难也会有一群工程师想办法攻克,只要是有益于特斯拉发展以及成本的控制。根据现有的补贴政策,只要使用磷酸铁锂的Model 3续航超过 400 km,电池能量密度达到 140 Wh/kg,总体电耗与现款相差不大的线 万元的补贴。所以特斯拉现在转向磷酸铁锂电池并不奇怪。

  这个问题其实也可以叫两种电池各自的优劣势在哪?微博有个网友的评论比较有意思,他说电池厂商可以提供不同的方案,在续航里程、成本、安全性、使用寿命、充电效率这几个关键指标上做动态平衡,供车企选择。其实这个说法是有一定道理的。

  价格:前面已经说了,磷酸铁锂电池三元锂电池主要差别在于电池内部的正极材料。磷酸铁锂电池正极材料为磷酸铁锂,都是些储量丰富、易于开采的元素;而三元锂电池,无论是 NCM 的镍钴锰,还是 NCA 的镍钴铝,都要用到镍这种稀有元素,价格自然比磷酸铁锂电池贵出不少。

  寿命:循环寿命方面,磷酸铁锂电池要优于三元锂电池三元锂电池的理论寿命是 2000 次,但基本上到 1000 次循环时,容量衰减到 60%;就算业界最优秀品牌特斯拉,经过 3000 次也只能保持 70% 的电量,而磷酸铁锂电池经过相同循环周期,还有 80%的容量。

  高温安全性:三元锂电池的三元材料会在200℃时发生分解,而磷酸铁锂电池的分解温度在800℃,更不容易着火,安全性相对较高。

  按照早期大家对电动车的了解,磷酸铁锂电池最大的软肋就是能量密度不如三元锂电池,而且低温性能差、冬季性能衰减很大、充电更慢。新的封包技术让磷酸铁电池能和三元锂电池差不多的电池能量密度,所以能量密度的问题已经没有那么严重。

  充电效率方面,三元锂电池还是比磷酸铁锂电池更高。锂电池充电是采用限流限压法,即在第一阶段做恒流充电,此时电流大,效率高。恒流充电达到一定电压后,进入第二阶段恒压充电,此时,电流小,效率低。因此,衡量二者充电效率就用恒流充电电量与电池总容量的比值,称为恒流比。磷酸铁锂电池恒流比能不能达到和圆柱电池一样的水平,目前还不得而知。

  低温表现方面,磷酸铁锂电池的抗低温性也要比三元锂电池差不少。根据实验表明,-20℃,磷酸铁锂电池的容量会有近 50% 的缩水,三元锂电池的容量会缩减到 70%左右。尽管现在不少车配有电池温控系统,可以给电池系统加温,但电池的特性决定冬季续航里程的缩水,使用磷酸铁锂电池的车型冬季续航里程衰减将更加严重。对于中国不同地区的气候条件,特斯拉也需要考虑进去。

  维修成本也是问题,很多业内人士都提出为了提升能量密度而使用 CTP 技术的磷酸铁锂电池的维修成本会比较高。有模组的情况下,某个电芯坏了换模组就对于的模组就可以了,而 CTP 中的某一个电芯坏了,可能涉及到换整个电池包,维修成本和难度都提高不少。如果换了 CTP 技术的磷酸铁锂电池,这个更高的维修成本就是消费者承担。

  结合以上的优劣势分析,即使补贴政策调整,但厂商的旗舰车型对长续航和性能的追求不会停止,所以很大一部分豪华品牌车企依旧会钟情于高能量密度的三元锂电池。未来可能出现的情况是 400-500 公里续航的车用磷酸铁锂电池,500-600 公里及以上续航的车还是会用高镍三元方案。磷酸铁锂电池并不是替代三元锂电池,动力电池发展到后面,什么样的车型用什么电池合适才是最重要的。

  作为全球呼声最高的乘用纯电动车制造商,特斯拉如果放弃初心转而采用磷酸铁锂电池,那意味着全球新能源乘用车产业的动力电池技术走向将会发生翻天覆地的变化。那对于松下、LG 会不会有什么影响呢。我们可以回顾一下特斯拉跟松下电池以及 LG 化学的合作历史。

  早在 2009 年,特斯拉与松下就有合作,签署了供应 18650 型号电池的协议,决定生产高能量密度的电动车电池。

  2011 年,特斯拉又与松下签订了 6.4 亿颗 18650 电芯供应的协议。

  2014 年 7 月,特斯拉再次与松下联手在美国内华达州建设耗资 50 亿美元的电池工厂 Gigafactory 1。

  2016 年,松下和特斯拉宣布在纽约州 Buffalo 市的工厂进行太阳能电池的生产合作,建设 Gigafactory 2。

  2018 年,随着特斯拉加快了Model 3的交付速度,松下背负了极大的财务负担。据松下电器发布的当年 Q2 和Q3财报显示,Q2 松下能源业务营业亏损攀升了 5 倍至 84 亿日元,Q3继续亏损 73 亿日元。

  2020 年,松下不再与特斯拉在纽约的 Gigafactory 2 工厂合作生产太阳能电池,但不会影响电动车电池的生产。

  松下 NCA 电池的产能不足以满足特斯拉需求,以至于屡屡导致 Model 3 交付困难,这是马斯克多次公开表示的。在 Model 3 刚刚投产时,特斯拉曾苦于上述工厂产能爬坡太慢,寻求出路。据媒体报道,特斯拉高管曾在 2017 年会见 LG 化学、三星 SDI 等电池企业,但并没有达成合作意向。

  早年 LG 化学就曾为特斯拉跑车 Roadster 小批量供应过升级版本的电池,其一直渴望成为特斯拉的长期供应商,但它在圆柱形电池上的技术相比于松下还是略逊一筹,因此未能如愿。特斯拉来上海建厂之后,LG 化学终于等到了机会。在与宁德时代牵手之前,特斯拉已经与 LG 化学合作。2018 年 7 月 18 日,LG 化学宣布向中国南京工厂追加投资 20 亿美元,目标在 2023 年底实现 32 GWh/年的产能规模。2019年1月10日,LG化学宣布向南京工厂再次追加1.2万亿韩元(10.7亿美元),根据投资协议,将有6000亿韩元用于圆柱形电池的生产。 LG 化学也已经在 2019 年四季度在其位于中国南京的工厂开始批量生产 Model 3 的锂离子电池。

  从特斯拉和松下、LG 化学的合作可以看到,特斯拉的这几家电池供应商其实是比较被动的。为了配合市场或者说是配合特斯拉,两边的投资都不小,如果磷酸铁锂逆势反转,特斯拉决定在最走量的产品上换成本更低电池,那这两家企业将会苦不堪言。目前已经有消息称松下开始寻求和丰田的合作,看样子他们已经发现了这个问题。不过这一切都只是猜想,实际情况还得看特斯拉究竟怎么打算,以及磷酸铁锂电池能不能满足特斯拉的要求。

  宁德时代2 月 26 日发布公告称,随着国内外新能源汽车市场的快速发展和储能应用场景逐步成熟,动力和储能电池产业的市场将持续增长,为进一步推进公司产能布局、巩固市场地位,公司拟投资建设宁德车里湾锂离子电池生产基地项目,总投资不超过人民币 100 亿元项目建设期两年,用地面积约1300亩。

  而根据宁德时代发布的《非公开发行股票预案》公告显示,拟扩建的“宁德时代湖西锂离子电池项目”将新增锂离子电池年产能约 16GWh,项目投资 46.24 亿元。“江苏时代动力及储能锂离子电池研发与生产项目(三期)”则将新增锂离子电池年产能约 24GWh,项目投资 74 亿元。“四川时代动力电池项目一期”项目投资 40 亿元,建设内容为新增锂离子电池年产能约 12GWh。从这个角度分析,特斯拉与宁德时代的合作或许要到第二阶段才能出现结果。

  可以说有了特斯拉的订单,宁德时代一家独大的情况会越来越明显。对国内其他动力电池制造商来说,机会也越来越小。在未来发展的过程中,体系中能力弱的企业将会被淘汰出局。

  目前,宁德时代的总市值已经突破 3500 亿元,排名行业第一。而特斯拉成立十六年后,销量和市值同样成为新能源车企业里的第一名。在 2019 年,宁德时代连续第三年成为全球动力电池销量冠军,出货量达 32.87GWh,完全可以满足特斯拉的需求,所以特斯拉和宁德时代合作大家没什么意外。

  那么为什么特斯拉不选择比亚迪呢?其实原因分两点,首先比亚迪在 2019 年除去储能电池后,其动力电池的出货量仅为 10.76GWh,被宁德时代大幅甩到了身后。另一方面,特斯拉再好,终究是竞争对手,合作不是不可能,但是核心技术别想从我手上拿走。

  在 2019 年第四季度财报电话会上,马斯克表示要将电池的产能提升到今天人们“无法想象的疯狂水平”。海外市场暂且不说,国内补贴退坡后,车企为了保持住车型的价格优势,对于动力电池的选择重回“理性”,需要重新计算成本和收益,成本相对较低的磷酸铁锂电池就又成为了不少车企的选择对象。比亚迪的磷酸铁锂的刀片电池,是王传福的压箱宝贝,有相关人士猜测即使合作肯定也是要特斯拉开口,拥有核心技术的比亚迪并不着急。

  其实关于特斯拉自己生产电池的传言一直不断。2019 年 2 月,特斯拉在资金紧张的情况下,宣布以 2.18 亿美元溢价 55% 收购 Maxwell,核心技术分为干电池电极技术和超级电容,是特斯拉自建电池技术方向。

  而前不久,外媒 eletrek 发现了特斯拉正在招聘“电池生产工程师”,并且有消息说特斯拉正在加州的弗里蒙特建设电池试点生产线,据了解,该项目已经被定名为“ Roadrunner 项目”,种种迹象都表明特斯拉正在逐渐控制电池生产的主导权。目前主流的猜想有两个,一是真正的无钴电池,另一个则是超级电容锂离子电池。不管是哪种,4 月份特斯拉的电池日都会是大家最期待的日子。

  磷酸铁锂电池技术的回归算是新能源行业越来越成熟的一个表现,但是我认为特斯拉和宁德时代的合作只是一次过渡。马一龙毕竟是一个非常有野心的男人,除了辅助驾驶系统做到全球领先,我相信在自研动力电池这个领域,特斯拉的转型会比大家想象的更快。

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