02.24 詳解特斯拉的“無鈷”大計 寧德時代的磷酸鐵鋰不是“非黑即白”

疫情讓本就處於寒冬中的汽車行業雪上加霜,破冰和自救乃是所有汽車從業者口中的關鍵詞、全產業鏈共同的目標。而在低迷的大環境中,唯獨特斯拉從2020年一開始就好消息頻發,成為了行業中獨樹一幟的存在……

詳解特斯拉的“無鈷”大計 寧德時代的磷酸鐵鋰不是“非黑即白”

1月初,國產Model 3價格門檻進入到30萬元以內、大力推動零配件國產化的進度。

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1月中旬,美股股價開始“火箭升空”。

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2月初,春節假期結束國內股市開盤,包括國內供應商在內的特斯拉概念股接連漲停。

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上週,間隔同樣不到一個月,新消息又來了:特斯拉與寧德時代在無鈷電池合作的談判,已進入最後階段。減少用量或者不使用原材料價格較高的鈷,能大幅降低動力電池的造價,特斯拉控制成本的“司馬昭之心”已無需多言。

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具體怎麼個“無鈷”、會採取哪種方式?掀起了一波熱議。我們無法妄下結論,而那些以比亞迪股票大漲,而預判磷酸鐵鋰才是王道,與寧德時代合作替代國產特斯拉現有的三元鋰,那真是想多了。

[·兩種截然不同的“無鈷”:磷酸鐵鋰和無鈷三元鋰·]

首先,“無鈷”這個概念不夠具體,市面上常見的磷酸鐵鋰和無鈷的三元鋰都符合條件:前者本身的材料沒有鈷,後者是以其他原材料,降低乃至取代三元鋰電池(特斯拉為NCA鎳鈷鋁)中的鈷。兩種降低成本的方式截然不同,產品特性存在明顯差異。

磷酸鐵鋰:壽命長、安全性高、成本低;能量密度小、低溫性能弱。

三元鋰:正好相反。

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[·磷酸鐵鋰的“是與非”·]

在特斯拉與寧德時代的“無鈷計劃”中,“天平”似乎倒向了磷酸鐵鋰的方案,熱議正是由此而起。

首先,既然是以降低成本為目標,那麼換裝磷酸鐵鋰自然是最直接的辦法。去年中國化學與物理電源行業協會的數據顯示,磷酸鐵鋰的成本已降至700元/kWh以下,三元鋰的成本普遍在900元/kWh左右徘徊。以特斯拉Model 3的75kWh版本為例,不算成組、電池包、線纜等製造過程中其它必要的費用,單看電芯換算下來差價就在1.5萬元左右。

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而且,兩種電池成本之間的差價還將進一步擴大。去年年底我們採訪動力電池行業專家時,就得到了這樣的反饋:因為補貼政策對能量密度的要求,所以磷酸鐵鋰被這方面有先天優勢的三元鋰後來居上、佔了更多的份額。但磷酸鐵鋰有著相當大的市場存量,接下來補貼逐漸退坡甚至是取消補貼之後,這部分存量逐漸釋放,會憑藉體量的增長進一步降低成本,在電池以及整車的價格戰中擴大優勢。

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另外從市場局面來看,調研結構泰博英思的數據顯示:現階段純電動車三元鋰和磷酸鐵鋰佔所有裝機量的90%以上,二者就是“絕大多數”,其中磷酸鐵鋰的大頭兒用在了電動大巴、物流等商用車上,三元鋰的“主舞臺”是乘用車產品,二者的市場有著較為明顯的“分界線”

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而算上可能會用在低配車型上的特斯拉,還有肯定會用的比亞迪等等,磷酸鐵鋰“過線”到小車領域已成為必然,份額反超三元鋰的說法並非空穴來風。

當然了,三元鋰換成磷酸鐵鋰有著成本的好處,也存在著續航、重量及動力性能三大問題。

續航方面,相同體積的動力電池組,能量密度更大的三元鋰具備優勢,這是先天的差異。好在是寧德時代此前發佈的去模組電池,還有比亞迪即將在王朝系列的全新電動跑車漢上使用的刀片電池,兩種方式都是在現有材料的基礎上,繼續壓榨電池包的能量密度,從而提升續航里程。

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這個技術路線我們此前就有過詳解的文章,形象點說就是:模組相當於一些零食的“獨立包裝”,在結構之中減少乃至去掉了這部分,直接裝進電池包裡自然就能承載更多的電芯了。對比來看就好比兩大包“吃的”,磷酸鐵鋰這邊單個的“營養”低、但是量足,整體上也就不比那邊的三元鋰差多少了。

重量方面,磷酸鐵鋰電池密度的先天劣勢,想要達到相同續航里程,重量就要比特斯拉原有的三元鋰電池更大。增重因電池總容量而異,增加的比例也分不同的車型,對於整備質量的影響或許不大,但會影響到車輛重心、底盤調校等問題,特斯拉用在標配空氣懸掛的Model X上倒還好說,但Model 3沒有啊。

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性能方面,換裝磷酸鐵鋰對於動力性能也將會有一定影響,因為高倍率、大電流(輸出與充電)一直與三元鋰都是密不可分的搭檔。究竟是寧德時代的磷酸鐵鋰能滿足特斯拉的高性能需求,還是特斯拉要進行妥協推出低配版本?這方面將會成為雙方合作中最大的看點,接下來我們也在第一時間為您帶來答案。

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而如果只是現有的磷酸鐵鋰技術,顯然放電方面很難支撐特斯拉Performance 版本的動力表現,充電方面也難以應對特斯拉最新的V3超充。

[·磷酸鐵鋰作為替代者 那可就“打臉”了·]

單說磷酸鐵鋰對動力性能的影響,或許一些消費者沒有那麼在乎。但是對於特斯拉來說,性能是人們提到這個品牌的高頻詞彙,或者說是標籤,拋開那些全球限量、手工打造的純電動車,特斯拉一直是大規模量產電動車中的“最速”。在意嗎?那是必須的,以上的說法兩個非常典型的案例。

第一個來自蔚來,李斌總第一次在北京五棵松開發佈會的時候,就提出了“ES8與特斯拉Model X,性能要同水平、而價格減半”的產品的目標。以特斯拉為目標的電動車,性能表現是僅次於續航的硬指標,甚至超過了充電效率。

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第二個來自保時捷,Taycan剛在“主場”紐伯格林賽道出圈速,埃隆·馬斯克就先在社交媒體上給出了隔空回應,隨後特斯拉改裝後的三電機版Model S P100D+去到了同一個場地。即便兩款車在價格上沒有針鋒相對,Taycan Turbo 4S海外媒體連續10次0-200km/h加速實測,成績都穩定在10秒以內,特斯拉的電動機有明顯的衰減,也還是去刷圈了。

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從兩個例子不難看出,性能強勁這個特斯拉多年建立起來了“人設”,已深入人心以及車企的心,並且不想“崩”。由此繼續展開可以得出結論:特斯拉勢必不會放棄高倍率、大電流的黃金搭檔三元鋰,國產的Model 3也不會。

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[·這不是一個“非黑即白”的問題·]

跳出兩種電池產品的針尖對麥芒,其實這並非一個“非黑即白”的問題:磷酸鐵鋰作為短期目標用於低配車型,降低價格門檻、擴大受眾,這就是我同事前日的《假設國產Model 3價格下探到25萬 你的購車清單裡還會出現別的車麼?》文章。無鈷的三元鋰作為長期目標穩固高性能的“人設”,高配車型繼續堅持已深入人心的品牌調性,面對Taycan等後來者的挑戰。

兩者並不矛盾。舉個我同事的實例,他2017年決定買BMW 320i(標準軸距)的因素很多,其中一個不太重要而與本文相關的是:買不起M3。類似車系跨度較大,低配與高配在性能乃至很多方面都相距甚遠的例子不勝枚舉,放在國產特斯拉上,磷酸鐵鋰和三元鋰共存根本就不是事。

[·特斯拉的“中期目標”才是關鍵·]

特斯拉引入磷酸鐵鋰這件事,關鍵點實則並不在於電池材料本身,而是伴隨材料一起改變的電池組結構這個“中期目標”。這方面我們此前諮詢了動力電池行業的專家,得到了以下幾點反饋。

第一,圓柱電池本身空間利用率就存在先天不足,直接影響了整體pack密度的上限。特斯拉從18650到21700犧牲了電池壽命、以及更大熱損耗等,接下來繼續提升能量密度,這些問題還會進一步放大,繼而影響到了升級潛力。

詳解特斯拉的“無鈷”大計 寧德時代的磷酸鐵鋰不是“非黑即白”

第二,圓柱電池只是當時綜合技術(電池本身+控制)、成本等各方面最好的選擇,能完美匹配整個底盤平板的形狀,卻無法應對不規則的底盤,這限制了特斯拉電池壓榨底盤空間的能力。

詳解特斯拉的“無鈷”大計 寧德時代的磷酸鐵鋰不是“非黑即白”

第三,在鋰電池技術共同進步的大前提下,依舊通過增加體積的方式,任何電池的包厚度以及底盤空間都會遇到“天花板”。而從電池包的厚度、體積以及配重來說,方形電池相比圓柱電池有一定優勢,接下來的發展空間也要更大一些。

[·“遠期目標”特斯拉也已先下手了·]

去年特斯拉在收購Maxwell這家電池企業之時,絕大多數目光都被100萬英里壽命所吸引了,而忽略了特斯拉無鈷電池大方向。現在回想,其實當時埃隆·馬斯克就已經“漏題”了。超長壽命是Maxwell產品的看家本領之一,而解決實際問題的是這家老牌玩“電”企業的乾電極、預鋰化技術。

詳解特斯拉的“無鈷”大計 寧德時代的磷酸鐵鋰不是“非黑即白”

乾電極塗層技術:

通過在鋰電池的電解液中加入少量(約5-8%)細粉狀粘合劑(PTFE),與正極、負極粉末混合、擠壓機形成薄的電極材料。一方面,增加電池內部固態材料的比例,相當於固態電池的初級階段,從而提升能量密度、電池活性,以及實現無鈷的減低成本目標。

預鋰化技術:鋰電池首次充放電會形成SEI膜,消耗鋰帶來不可逆的效率損失。預鋰化技術可以在組裝電池之前給固態的乾電極補鋰,來提升首次效率,而傳統電芯成型之前的液態的拌料+塗布不行。能否在首次放電補充鋰的差異,體現在效率上最多可達15%。

[·總結·] 綜上所述,如果將特斯拉的無鈷計劃比作一盤棋,鈷的三元鋰以及圓柱形電池,最終都將成為“棄子”,磷酸鐵鋰也只是“過渡手”,取代電極中含有鈷材料的乾電極、外加預鋰化技術,現在看來才是決定未來一段時間內走向的一步。當然了,隨著時間的推移,不排除寧德時代以及更多國內動力電池企業,也能與Maxwell分庭抗禮。

而這一步何時到來?動力電池這盤棋最終的勝負手是固態電池,還是另有其它的“黑科技”?我們將繼續跟蹤,為大家帶來第一手的消息,關注搜狐汽車·黑客就對了。


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