特斯拉全力支持开发新式电池 中国成为降低成本关键

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2020
07/03
09:14
创智网
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7月2日,据外媒报道,汽车行业的未来可能归结为一个字母带来的不同,即“R”。话句话说,如今特斯拉等公司电动汽车中使用的锂离子电池(lithium ion),可能被即将上市的磷酸铁锂电池(lithium-iron)取代,而后者可能帮助重塑汽车行业。

美国科技大亨埃隆·马斯克(Elon Musk)旗下特斯拉始终在谈论新电池技术的开发,这是该公司有史以来首次面向投资者举行的“电池日”活动中最重要的组成部分,华尔街也正在热议下一代电池可能带来的改变。电动汽车上使用的锂离子电池也可用于手机,预计在未来几年内,它将让位于用磷酸铁锂电池和其他化学物质制造的电池。这将帮助降低电动汽车的成本,将两次充电的车辆续航里程延长到640公里以上,并使电池使用寿命达到160万公里。

降低电动汽车成本和刺激电动汽车的大规模采用仍然是特斯拉的关键优先事项。分析人士表示,新的电池技术将改变拥有汽车的体验,无论是特斯拉还是通用等竞争对手制造的汽车,后者也在研发新的电池技术。特别是,即将上市的电池极长的使用寿命可能意味着,当车主以旧换新时,电池依然能很好地保值,可以转售,也可以被用来为家庭储存太阳能。下一代电池的超长使用寿命可能会让它们用于网约车业务,这些企业要求汽车能够承受几乎连续使用的冲击。

韦德布什证券公司分析师丹·艾夫斯(Dan Ives)说:“如果用同样的价格买到续航里程和使用寿命都更长的电池,这将完全改变消费者的行为。磷酸铁锂电池更安全,它们的生命甚至可以焕发第二春甚至第三春,用于储电。”

马斯克最近表示,其“电池日”活动暂定在9月份,也就是特斯拉最近推迟召开年度股东大会的月份和日期。最初,这两项活动都计划在6月份举行。马斯克在公司第一季度财报电话会议上表示:“我们想把令人振奋的消息留到那天,届时会有很多令人振奋的消息要发布。我认为这将是特斯拉历史上最激动人心的一天。”

特斯拉没有回复置评请求,该公司的外部技术顾问杰夫·达恩(Jeff Dahn)也拒绝置评。达恩是加拿大达尔豪西大学的教授,也是特斯拉赞助、专门研究电池和储能技术的专家。

为何淘汰钴是关键

加州大学圣地亚哥分校材料科学家、教授雪莉·孟(Shirley Meng)是该校可持续能源和能源中心的负责人。她表示,减少钴使用的努力已经进行了几十年,特斯拉在达恩的帮助下取得了重大进展。但孟教授说,用钴制造电池的主要优势之一是,它可以很容易地设计出复杂的化学结构。她还称:“如果我必须训练高中生生产电池,用钴很容易,而且总是有效的。如果没有钴,合成过程就会变得复杂得多。”

与此同时,由于其能量密度分布特征,磷酸铁锂电池从未被证明在电动汽车的空间限制下是有效的,它最初是为电网存储市场设计的。但它的化学成分适合快速充电,更具成本效益,因为它不依赖钴。

孟教授曾与梅赛德斯-奔驰(Mercedes-Benz)、通用、日产(Nissan)等大汽车公司以及特斯拉于2019年收购的电池初创企业Maxwell Technologies合作,从事电池化学开发工作。她表示,电池专家非常好奇地想了解特斯拉取得的突破,她确实相信该公司可以提高磷酸铁锂方法在电动汽车市场的知名度。

这种电池技术曾试图在Fisker Karma上成功实现从能源存储到汽车的飞跃,这是Fisker Automotive在2012年生产的一款早期电动汽车,但最终以失败告终。孟教授说:“我真的相信特斯拉正计划重新进行尝试。”

CFRA Research分析师加勒特·纳尔逊(Garrett Nelson)表示,磷酸铁锂电池的关键不同之处在于,它们不需要使用钴。钴是一种稀有而昂贵的元素,是电动汽车电池成本居高不下的关键原因之一。钴的价格在全球经济低迷期间大幅下跌,从2018年的每吨9.5万美元降至今年的3万美元,但它仍然是降低电池成本的关键。纳尔逊说:“到目前为止,钴是锂离子电池中最昂贵的元素。”

彭博新能源财经驻伦敦的能源储存业务主管詹姆斯·弗里思(James Frith)表示,罐装钴是将电池成本降至100美元/千瓦时门槛以下的最大因素之一。这个门槛大致代表着让电动汽车与内燃机驱动的燃油汽车一样便宜。他说,今天的电池价格约为147美元/千瓦时,远远低于2010年的约1000美元/千瓦时和2015年的381美元/千瓦时。

特斯拉最近与大宗商品巨头嘉能可(Glencore)签署了一项新的长期协议,为其位于上海和柏林的电池工厂供应钴。长期以来,钴始终是大型科技公司面临的大宗商品挑战之一,不仅是特斯拉,苹果也是如此,苹果的手机电池中同样需要钴。

孟教授警告称,仅仅减少钴的使用对降低其价格影响有限,这是因为钴和镍之间的价差近年来已经缩小。特斯拉使用的主要电动汽车电池技术是NCA(基于镍-钴-氧化铝),而大多数汽车工业使用NMC(镍-锰-钴)电池化学技术。但由于镍是这两种方法的重要组成部分,仅靠降低钴的价格并不能推动电池定价的持续下降。

孟教授在谈到目前的镍-钴化学时说:“每千瓦很难降到100美元以下,特斯拉已经意识到他们不能简单地摆脱钴。”她说,目前的电池技术,包括NMC,仍然是达到160万使用寿命门槛的有力竞争者。但以今天的镍浓度来看,在成本效益的基础上无法做到这一点。目前镍的价格大约是钴价格的1/3或1/2不等。对于不需要镍或钴的磷酸铁锂电池,实验室研究表明,有可能将价格压低到80美元/千瓦时。

特斯拉与中国市场

韦德布什分析师艾夫斯说,新的化学物质可能会将电动汽车电池的价格推低至60到80美元/千瓦时。而彭博新能源财经的弗里思预计,到2023年或2024年,价格将打破100美元/千瓦时,到2030年可能降至60美元/千瓦时。弗里思说:“在这一点上,你可以做出选择,要么作为汽车制造商,要么作为消费者。你可以买更大的电池,这样充满电后能带你走得更远。或者,你也可以买使用寿命更长的电池。”

特斯拉的一个关键新兴供应商是中国电池制造商当代安培科技公司(CATL),该公司也在与大众汽车合作。据报道,CATL董事长最近表示,该公司准备生产使用寿命长达16年、续航总里程200万公里的电池。今年6月,特斯拉已获准生产配备磷酸铁锂电池的特斯拉Model 3。艾夫斯说,虽然还没有就电池供应商发表公开声明,但CATL电池据信是特斯拉能够为中国市场生产比美国更便宜Model 3的一个原因。

其他汽车制造商也在电池方面进行创新,但他们还没有完全消除钴。在通用汽车公司,现在使用的电池正在将其中的钴含量从18%降至4.5%左右,使用更多的锰和镍,再加上部分铝。孟教授指出,虽然进一步减少电池中使用的钴并不是磷酸铁锂电池带来的革命性变化,但这些努力需要数十年的工作,通用正在考虑在未来几年内可能实现的目标。

通用公司电动汽车电池首席架构师安迪·乌里(Andy Oury)在3月份的一次投资者会议上表示,钴的减少将使通用汽车跨过100美元/千瓦时的门槛,同时实现灵活的制造,让公司更好地根据轿车、卡车和SUV的不同需求定制电池。他补充说:“我们离电池成本曲线的底部还很远。”

突破100美元/千瓦时的门槛可能会带来戏剧性的变化。彭博新能源财经分析师弗里思表示,最明显的是,到2023年左右,电动汽车的成本可能会降至与燃油车相当的水平。艾夫斯也说,随着续航里程的增加,电动汽车也可能变得更有用、更有价值,因为电池应该有转售价值,可能是用于储存住宅太阳能,因为它们的使用寿命比电动汽车更长。

汽车拥有权发生根本改变

最激进的想法是,这些电池甚至可以通过让汽车充当无人驾驶出租车来改变人们拥有汽车的本质,它能以比个人使用的汽车更快的速度累积续航里程数,这是通用汽车公司首席执行官玛丽•巴拉(Mary Barra)在3月份支持的一个想法。

但密歇根州安娜堡汽车研究中心(Center For Automotive Research)的技术总监布雷特·史密斯(Brett Smith)表示,这个想法可能有些不切实际。他表示,无人驾驶出租车行业更多地依赖于软件进步,而不是电池续航时间。他说,只有当避开障碍物的系统足够可靠,能够大规模工作时,无人驾驶出租车才会对个人汽车拥有量产生影响。

马斯克有时将无人驾驶出租车作为特斯拉长期愿景的核心,摩根士丹利(Morgan Stanley)分析师亚当·乔纳斯(Adam Jonas)等人也将其视为特斯拉股票长期看涨的核心。但史密斯表示:“要做到这一点有很多挑战。不过如果这种方法能奏效,那将是惊人的,只不过还有很长的路要走。”

史密斯认为,电池对日常司机的续航里程影响也可能比看涨者认为的要小。比如弗里思指出,即使是新兴的化学物质电池,在寒冷的天气里,当汽车的加热器被大量使用时,它们的续航仍然会受到严重影响。但史密斯称,新电池可能会带来很大的不同,推动消费者接受电动汽车,改善人们对其可靠性的看法,并推动他们购买电动汽车,从而提高电动汽车所占市场份额。

此举可能类似于现代汽车公司在2005年中期引发的市场份额变动举措,当时它开始为新车提供16万公里的保修。2005年,美国消费者购买的现代汽车比2002年增加了近50%。到2011年,该品牌的市场份额翻了一番。史密斯说,电池使用寿命达到160万公里可以帮助电动汽车摆脱对其短程和高昂电池更换成本的担忧,就像长期保修帮助现代摆脱了质量控制不稳定的名声一样。

不过孟教授告诫说,科学家与企业高管不同,他们更喜欢言出必行。她说:“我看到的是很多突破,我们已经领先了几步。我们找到了更多路径。”但她在谈到CEO们时补充道:“他们相信自己可以做到规模化,我还不确定我们是否已经到了那个地步。”

孟教授称,在实验室里,越来越多的证据表明,生产低成本、使用寿命更长的电池完全有可能,下一代电池技术可以在未来五年内达到160万公里的门槛。这不仅将改变电动汽车行业的游戏规则,也将改变磷酸铁锂技术的前景,尽管其最初设计用于能源电网存储市场。产量的大幅增长将有利于这两个市场削减成本。

孟教授说:“我们不想承诺过高,也不想让人失望,但这真的很现实。我认为,我们有可能在2025年实现目标。磷酸铁锂电池及其升级版将在电动汽车的未来发挥重大作用,并从根本上改变大规模的储能方式。“

(来源:腾讯科技    审校:金鹿)

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