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北京时间9月23日4点半,加州弗里蒙特工厂,在好似汽车电影院的场景中,特斯拉电池日及2020年度股东大会合二为一,马斯克(Elon Musk)面向数百辆特斯拉电动车,在这场让大家久等的年度行业最强盛事中,发布了一系列重磅创新技术,特斯拉将自建超级电池工厂,更快更远更便宜的电池未来即将上路。
在长长的演讲中,马斯克和特斯拉动力总成开发负责人Andrew Baglino详细介绍了在电池设计和电池制造能力方面的改进。他们说,这些改进可能导致电池每千瓦时成本的大幅降低。EV视界选取了直播中的PPT干货,帮助读者梳理电池日的技术重点,一文说清所有大事。
马斯克首先说出两个大目标。目标一是,打造可持续能源,电动车需要比现在多一百倍的电力和电池,特斯拉电池组容量要从目前的0.06TWh成长到10TWh,这是特斯拉的新目标。T代表Terra,也就是Giga的一千倍。如果按照目前的生产模式,特斯拉需要盖135座超级工厂,大约需要2百万名员工、20亿美元的建造预算。
第二个目标,是要打造更便宜的电池。特斯拉要打造一个自己的超级电池工厂,自己进行电池设计、生产、材料等,加速电池产能,减低制造成本。预计在一年内,新电池工厂的产量将达到10GWh,并持续成长。
目标一 :
但是面临电池工厂规模有限的问题:
目标二:可接受的电芯成本
市场在成长,但电动车价格依然过高:
马斯克介绍了五个自制电池的新方法,但这些技术都是极端困难的新发明,技术并不简单。
全新设计的特斯拉自制电池,简化了锂离子电池的缠绕方式,缩短化学元素在电池内的移动距离,新电池提供更好的容量与效能。
电池制造过程中,各种金属材料从粉末到压制成片状的过程非常复杂,特斯拉设计了一款新的溶剂压制机,将搅拌、溶制、干燥、成型的过程全部在一个机器内完成,能够达成十倍制造效率,但是“真的很难,我只能说我们快要让它成功了,但没这么快。”马斯克说。
在电池组装部分,特斯拉将重新设计所有生产线设备,打造一条“电池组装高速公路”,让组装速度提升七倍,同时工厂占地也会更小,一家工厂就能达到其他电池厂数倍以上的产能。
提升效能的同时,特斯拉电池工厂的另一个使命是缩小制造过程的耗电与碳足迹,目标是10%,不是缩小10%,而是目前电池工厂的10%耗能。“我们新的中程目标是2030年,达到每年3TWh的电池产能,不过其中有一部分是跟合作的电池厂商购买。”马斯克说。
金属材料决定电池价格和性能。特斯拉将会引进大量硅化正极材料,让电池更便宜,续航提升20%。负极材料如之前马斯克所说,镍是特斯拉最重视的金属,将会研发出不同镍含量的电池,提供不同能量密度,让不同车辆可以有最好的能量价格比。
35%的成本来自制造过程,特斯拉想通过新的产线设计,减少人力投入,缩减76%的制造成本,同时重新设计制程中的水循环,将原本的废水降为0。
解决电池问题的五个措施:电芯设计、电芯工厂、正极材料、负极材料、整车制造:
全新4680电池,高度80mm,直径46mm。相较2170电池,能量增加了5倍,电力容量提升6倍,特斯拉续航里程提高16%,每千瓦时成本降低14%。4680大电芯已经开始生产,需要一年时间达到10GWh。
干电极技术:
高速公路般的组装设备:一条新产线相当于7条常规产线
自产电池后,仍会采购松下、LG化学、宁德时代电池
2022年产能达到100GWh,2030年达到3TWh
硅纳米线负极
硅材料价格极低:1.2美元/kWh
高镍正极:成本下降15%
不同车型使用不同正极材料
生产技术革新:
CAPEX可以降低66%
无硫生产技术:锂金属成本下降33%
铝合金新铸造技术:
在Model Y的一体成型铸造过程中,简化了组装零件,大幅降低成本并提升制造速度。从这一点上,特斯拉想出了借鉴飞机的新概念:把电池做成车身,称为structural batteries结构化电池。
在车身铸造过程中,机器就将电池组直接贴在车身上,搭配碳纤维支架,形成一个蜂巢状结构,节省了电池组外围的零部件结构空间,同时还能提升车身强度,并可以进一步缩短整个制造过程10%的时间,创造出的新空间可以装进更多电池,提升大约14%续航力。
结构化电芯设计:
车身革命+电池制程:重量降低10%,续航提升14%
续航提升54%,成本下降56%,单位GWh投资额降低69%
以上这些技术还需要三年左右才能实现:
特斯拉自制的电池工厂,将会让特斯拉有机会推出25000美元的平民新车。
电池日最后,马斯克宣布性能最强的车型Plaid Model S将开放预订,这款上周于拉古纳赛道创下历史最佳记录的车辆,最快2021年开始交车。
Plaid“格子模式”的名称取自电影《太空球》,该电影是1987年由梅尔·布鲁克斯执导的《星球大战》的模仿。在《星球大战》中,当宇宙飞船进入“超空间”并以比光速快的速度飞行时,电影屏幕上弥漫着星光弥漫的条纹。在“太空球”中,一艘宇宙飞船的飞行速度可能如此之快,以至于条纹变成了格子。
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