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導語:隨著電動汽車產業的浪潮，動力電池行業迅速崛起，全球形成了中日韓企業爭霸的行業格局，松下、LG、當代Amperex科技有限公司等巨頭相互競爭。
表面平靜的背後，新壹輪巨變正在醞釀——固態電池即將掀起新壹輪技術變革浪潮，日韓企業在動力電池白名單下架後重返中國市場，全球車企和零部件巨頭也紛紛涉足電池行業，壹場大變革即將上演。
為此，車東熙推出“動力電池巨變”系列報道，詳細解讀全球動力電池行業的變化。本文是系列報道之壹。
特斯拉自產動力電池終於來了，馬斯克的野心從電動車行業湧向動力電池行業，新的血雨腥風即將拉開序幕。
今天，據外媒electrek報道，特斯拉“Roadrunner”動力電池自產計劃正式啟動，壹條屬於特斯拉的動力電池生產線正在位於美國弗裏蒙特沙漠的工廠中成型。
整個事件最值得關註的焦點是，特斯拉動力電池量產後每千瓦時僅需100美元(約合人民幣701元，指的是每千瓦時容量的電池價格)，而根據投資機構瑞銀(UBS)公布的數據，松下目前每千瓦時的動力電池成本約為11美元(約合人民幣772元)
特斯拉進入動力電池行業做的第壹件事就是打掉了動力電池行業的價格“底褲”。
▲外媒報道稱，特斯拉正在弗裏蒙特工廠建設電池生產線。
但除此之外，馬斯克的動力電池“閃電戰”也會在汽車行業和動力電池行業都掀起壹股浪潮。在特斯拉的號召下，更多有資金有技術的車企將湧入動力電池市場，沖擊當前動力電池行業格局。
在這樣壹個關鍵節點，我們有必要找出特斯拉是如何突破動力電池行業技術壁壘，壹步步解決電池研發，最終擁有電池產能的秘密。
車東熙通過梳理特斯拉五年來的投資布局、技術研發、產業鏈布局找到了答案。
第壹，用了五年？三元鋰電池之父幫特斯拉發電？
2020年2月12日，外媒electrek披露，特斯拉正在美國弗裏蒙特建設動力電池生產線。壹時間，特斯拉自己生產動力電池的消息公之於眾，引發業內震動。
但如果不是這次媒體曝光，恐怕沒人會想到特斯拉自產動力電池這麽快。
究其原因，與其他車企大張旗鼓進入動力電池行業不同，特斯拉在這壹領域的布局可謂低調。
自2015以來，特斯拉只進行過三次與動力電池相關的投資，分別是對達爾豪西大學傑夫戴恩研究小組(Jeff？Dahn？研究？集團五年贊助計劃，收購電池技術公司Maxwell，收購電池制造設備公司Hibar。
三筆投資中，特斯拉只披露了收購Maxwell的金額-2654.38+08萬美元(約合654.38+0.527億元人民幣)，另外兩筆投資的金額和具體細節並未公布。
但正是這三項投資匯集了特斯拉自產電池所需的關鍵技術——動力電池的電極、電解液、隔膜、電池外殼和電池制造工藝。
特斯拉在動力電池領域的布局始於2015。
基於行業領先的三電技術的特斯拉，在動力電池領域也不甘於受制於松下。更何況當時松下動力電池的爬坡速度遠不及特斯拉的汽車生產線。
馬斯克預見到松下可能成為特斯拉年產壹百萬輛電動汽車的最大障礙(不出所料，2018松下的動力電池產能限制了特斯拉車型？3量產速度)。
於是，馬斯克打起了自產動力電池的主意。
2015年，馬斯克找到了專註於鋰電池技術產業化的傑夫·戴恩團隊，希望為他提供“五年相當可觀的研究經費”(the？實質性的？5年？資助？包)，讓它為特斯拉開發壽命更長、成本更低、能量密度更高的鋰離子電池。
▲傑夫·戴恩研究小組
傑夫·戴恩的團隊是加拿大頂尖大學達爾豪西大學專門從事鋰離子電池技術研究的團隊。從2008年開始，壹直在研究鋰電池產業化項目。據其官網介紹，該團隊目前規模約30人，已發表論文600余篇，分別發表在重量級期刊《JES》和《JPS》上。
據外媒評價，這個團隊是鋰電池領域最強的研究團隊之壹。
傑夫·戴恩本人通過精確限定鎳鈷錳材料中鎳的含量，成功實現了三元復合正極材料的商業化，成為業界公認的三元材料技術的真正開創者和發明者。
▲傑夫·戴恩
壹邊是急於研發自己動力電池的特斯拉，壹邊是希望並擅長技術產業化的傑夫·戴恩團隊，壹拍即合。
同年6月16日，傑夫·戴恩團隊所在的達爾豪西大學和特斯拉* * *宣布，傑夫·戴恩研究團隊的合作夥伴將於2065年6月438+06日從3M。加拿大轉戰特斯拉，與特斯拉達成獨家合作協議。
合作協議達成後，老頭傑夫·戴恩(Jeff Dane)沈入特斯拉的後備箱，伸出兩個大拇指。他的興奮難以言表。
▲傑夫·戴恩
之後，Jeff Dane團隊在新型鋰離子電極材料、鋰離子電池故障機理診斷、電解液添加劑、鈉離子和鋰離子電池安全性基礎研究、電池研究理論/建模等方面不斷取得突破。
去年年底，Jeff Dane團隊的壹篇論文顯示，其新開發的動力電池循環周期可達5000次左右，對應電動汽車行駛壽命超過654.38+0萬英裏(約654.38+0.6萬公裏)。這項專利現在歸特斯拉所有。
近日，外媒electrek透露，Jeff Dane團隊的研究成果將使特斯拉的動力電池成本達到100美元/千瓦時(約合人民幣701元/千瓦時)。對比瑞銀給出的數據，松下動力電池的成本約為111美元/千瓦時(約771元/千瓦時)，當代安培科技有限公司的成本約為150美元/千瓦時(約1042元/千瓦時)。特斯拉現在的電池。
據了解，傑夫·戴恩的團隊仍在幫助特斯拉完成能量密度為500Wh/kg的高鎳三元鋰電池的研發，並已取得初步成果。
可以說，從2016開始，Jeff Dane的團隊為特斯拉的自產電池項目貢獻了很多底層的技術專利和經驗積累，完善了特斯拉從電極、電解液到電池外殼的大部分技術鏈條。在過去的五年裏，傑夫·戴恩的團隊確實兌現了簽約時對特斯拉做出的承諾——幫助特斯拉提高動力電池的循環次數，降低動力電池的成本，開發高能量密度的動力電池。
這筆投資對於特斯拉來說是物有所值的。
二、收購麥斯威爾？利用幹電極技術提高動力電池的能量密度
2016之後，馬斯克轉身壹頭紮進了特斯拉模式？3生產力地獄，沒空顧及動力電池行業的布局，以至於特斯拉在2017和2018這兩年都沒有在動力電池行業有大動作。
但時間到了2019，有壹件事給馬斯克敲響了警鐘。
2019年2月，在特斯拉2018財報發布的電話會議上，馬斯克指出超級工廠電池產能不足是為了限制特斯拉模式。3生產力的最大桎梏。
2019年4月，馬斯克再次表示，“超級工廠電池容量只有24GWh，7月份開始限制型號？3產能，在產能達到35GWh之前，特斯拉不會再投入任何資金。”
來自松下的產能限制讓馬斯克再次意識到動力電池的重要性，他開始加速特斯拉在動力電池領域的布局。
2065438+2009年5月，特斯拉以218萬美元(約合人民幣1527萬元)的價格收購電池技術公司Maxwell，溢價55%。
特斯拉之所以這麽急於拿下這家公司，是因為特斯拉看中了麥克斯韋的幹電極技術和超級電容技術。
▲Maxwell幹電極技術介紹
傳統的電極制備工藝屬於濕法電極工藝。在制造過程中，需要將陽極和陰極材料加入到溶劑中以塗覆電極片材料。
這種制造工藝的優點是生產工藝驗證時間長，電極質量穩定，但溶劑的特性決定了這種電極塗覆法生產的電極較薄，能量密度有限。
同時，生產過程中需要蒸發掉溶劑，這部分生產過程會產生壹定程度的環境汙染。
無溶劑幹法電極生產工藝是將活性正負極材料與粘性物質混合，使正負極材料本身“原纖化”，形成自支撐膜，牢固地附著在電極片上(原理類似於口香糖牢固地粘在腳底)。
這種生產工藝可以制備更厚的電極，大大提高電池的能量密度。目前用該工藝制作的三元鋰電池電芯能量密度在300Wh/kg以上，最高可達500Wh/kg，同時可以獲得較大的放電倍率。
同時，幹電極的另壹個很大的優點是在電池使用後可以不斷補充金屬鋰，彌補電池的容量衰減；而濕電極法制備的電極，補充金屬鋰和摻入金屬鋰的碳，相互之間不能很好的結合，通常會伴隨有冒煙、火焰、噪音等強烈反應。
另外，幹電極的制造過程不需要溶劑幹燥，降低了生產成本和時間成本，也減少了環境汙染。
另壹種超級電容器技術可以在能量回收過程中作為快速儲能裝置，其能耗遠小於將回收的動能恢復到電池中。
而超級電容器在快速加速過程中，可以實現大功率放電，避免了動力電池直接大功率放電產生的鋰枝晶，對電池結構造成不可逆的損傷。
超級電容器技術的另壹個巨大優勢是其寬的工作溫度範圍。大多數電池需要維持在20℃-40℃之間的工作溫度，對外界環境溫度的要求比較苛刻。超級電容器的工作溫度在-40℃至80℃之間，可用於冬季啟動車輛和加熱動力電池。
幹電極技術提高了特斯拉自產電池的能量密度，而超級電容器技術可以在特定場景下為電池提供輔助功能。兩者結合可能是特斯拉未來將采用的“混動”方案。
三、收購電池生產設備制造商Hibar？為自產電池鋪路
投資Jeff Dane團隊，收購Maxwell，都是為了掌握最新的電池技術。掌握技術後的關鍵是量產。
2019 10，有媒體發現，加拿大精密設備公司Hibar突然出現在特斯拉旗下，成為特斯拉的控股子公司。
特斯拉收購Hibar是壹個秘密項目，收購日期、金額、合作細節都沒有透露，但很顯然，收購Hibar意味著特斯拉的自產電池項目只有壹尺之遙。
希巴爾以生產高精度定量註液泵、註液生產系統、自動化電池制造和工藝設備而聞名，產品線覆蓋完整的電池生產流程。
▲Hibar產品清單
在過去的40年裏，希巴爾已經成為電池行業壹次電池和二次電池生產線的首選供應商。
投資傑夫·戴恩團隊，讓特斯拉擁有了自研動力電池的技術人才。收購Maxwell使特斯拉掌握了動力電池領域最前沿的技術，收購Hibar是特斯拉自產動力電池項目的最後壹環。至此，特斯拉已經形成了從技術研發、樣車驗證到量產的全面布局。
4.自產電池壽命將達到654.38+0萬英裏？最大能量密度可達500Wh/kg。
雖然特斯拉已經具備了電池研發、驗證和量產的能力，但是實際產品會達到什麽樣的效果呢？
目前其電池生產線還沒有投入實際使用，從產品上分析不太現實。換個角度，我們可以從特斯拉目前的技術實力來推斷其自產電池的技術指標。
1，電極
從電極來看，特斯拉自產電池很可能采用麥克斯韋幹電極技術，在三元鋰電池領域可以實現300Wh/kg的單電池能量密度，最高可達500Wh/kg。
現階段，業內只有松下的NCA？811三元鋰電池和NCM來自當代安培科技有限公司？811三元鋰電池能量密度可達300Wh/kg。
同時，如上所述，幹電極技術可以向負極補充鋰金屬，避免放電過程中負極和電解液中鋰離子的消耗。
此前，麥克斯韋有壹項正在申請中的專利，將鋰離子補充到電池的負極。這項專利技術將有效緩解電池在使用過程中的容量衰減。隨著特斯拉完成了對麥克斯韋的收購，這項專利技術自然轉移到了特斯拉的名下。
▲麥克斯韋正在申請專利
成本方面，由於省略了幹燥步驟，整個電芯生產環節的成本可降低約10%-20%。
2.電解質
在電解質方面，由特斯拉資助的傑夫·戴恩團隊最近在知名期刊《JES》上發表了兩篇論文，描述了他們在電解質方面的進展。
其中壹個叫“二氧環己酮和亞硝酸鹽作為鋰離子電池電解液添加劑”。
論文中提到，Jeff Dane的團隊對新研發的新型電解液添加劑MDO和另外兩種添加劑PDO和BS進行了高溫高壓和長期循環性能測試，載體為NCM523三元鋰電池。
為了進行這項測試，團隊分別添加了三種添加劑並混合，在不同的溫度和電壓下測試了不同的實驗組合，得到了不同的循環性能。
實驗結果表明，添加MDO和PDO電解液添加劑的電池均在石墨負極表面形成SEI層(保護負極)，而添加BS電解液添加劑的電池不形成SEI層。
通過長期電池循環性能測試，在所有實驗電解液添加劑中，2%PDO+1%硫酸乙烯酯和2%PDO+1%二氟磷酸鋰的電解液添加劑組合效果最佳。在800次放電循環後，電解液中的添加劑濃度仍然大於90%。
▲實驗結果表明，(b)和(c)中兩個最高分布點分別是2%PDO+1%硫酸乙烯酯和2%PDO+1%二氟磷酸鋰的電解質組合。
在這壹研究成果的基礎上，傑夫·戴恩(Jeff Dane)的團隊於去年6月發布了壹篇名為《鋰離子電池優異化學性質的廣泛測試結果，可作為新型電池技術的基準》的論文。
本實驗還測試了NCM523三元鋰電池的不同電解液添加劑。
實驗結果表明，在電解液中加入2%碳酸乙烯酯+1%硫酸乙烯酯、2%氟代碳酸乙烯酯+1%二氟磷酸鋰和1%二氟磷酸鋰，可以有效延長電池的循環壽命。
▲實驗結果:紫、綠、紅線為測試結果，另外兩條線為對照組。
其中，添加了三種電解質添加劑組合的電池，壹般在3000次充放電循環後仍能保持85%以上的電池容量，有壹組甚至在5000次充放電循環後仍能保持90%以上的電池容量。
但經過約1000次充放電循環後，其他兩個對照組的電池容量分別下降至50%左右。
如果以5000次充放電循環作為電池的平均循環壽命，特斯拉型號？3?EPA的續航裏程是322英裏作為單輪充放電的續航裏程，那麽在電池組的有效壽命內，壹輛特斯拉車型？3的行駛裏程將超過654.38+0.6萬英裏(約257萬公裏)。
但根據特斯拉公布的專利，目前他們保守估計電池的使用壽命為654.38+0萬英裏(約654.38+0.6萬公裏)，壹般純電動汽車裝配的三元鋰電池理論使用壽命只有40-50萬公裏。特斯拉新電池的使用壽命大約是目前三元鋰電池的3-4倍。
值得註意的是，傑夫·戴恩的團隊為特斯拉進行的研究是基於NCM三元鋰電池。所以從電解液添加劑及其適配電極來看，未來特斯拉自產的電池很有可能是NCM三元鋰電池，而不是NCA三元鋰電池。電池的最大循環次數可能接近5000次，相應車輛的裏程可能達到654.38+0萬英裏(約654.38+0.6萬公裏)。
3.超級電容器
除了動力電池本身，收購Maxwell還為特斯拉帶來了超級電容技術。
馬斯克曾在接受媒體采訪時透露，在大學期間，他對超級電容器技術很感興趣，壹度想進行研究。現在，這個超級電容粉絲終於可以如願以償了。
超級電容本質上是不同於動力電池的另壹套儲能方案。與動力電池相比，它們的缺點是儲能性能有限。
但是，它的優勢也是非常明顯的。超級電容器的充放電功率很大，能量損耗小。既能高效回收動能，又能在車輛急速加速時瞬間釋放大功率電流，減輕動力電池的工作壓力。
同時，超級電容器的工作溫度範圍為-40℃-80℃，能夠適應普通電池難以適應的極端環境。
可以說超級電容有潛力補充動力電池。當車輛正常行駛時，動力電池提供主要動力，當車輛需要快速加速、回收動能、寒冷地區起步時，超級電容為車輛提供動力。
當自產電池項目落地後，特斯拉可能會同步為車輛配備超級電容，形成壹個全新的動力電池和超級電容的“混合系統”。
綜合以上三個方面，特斯拉自產的動力電池很有可能是NCM三元鋰電池。第壹代電池產品的能量密度可能在300Wh/kg左右，之後會逐漸攀升到500Wh/kg。
電解質添加劑可以是2%碳酸亞乙酯+1%硫酸亞乙酯、2%氟代碳酸亞乙酯+1%二氟磷酸鋰和1%二氟磷酸鋰的組合中的壹種。得益於出色的電解液性能，電池的循環壽命將達到1萬英裏(約65438)。
而且超級電容技術也可能被特斯拉應用為動力電池的輔助能源。
5.從供應商變更歷史記錄？特斯拉自產電池的六大意義
特斯拉首條動力電池生產線的建設，意味著這家車企在動力電池供應鏈上邁出了新的壹步。
自特斯拉推出其首款跑車模型以來，這艘戰艦就壹直與全球鋰電池巨頭松下緊密相連。據了解，特斯拉首批100跑車全部采用了松下的18650圓柱形電池。
車型，首款面向大眾的量產車型？這使得特斯拉和松下開啟了長達七年的獨家供應關系。
在此期間，雙方在美國佛羅裏達州的沙漠中建造了壹座產能為35GWh的動力電池工廠，這也是當今世界上最大的動力電池工廠。
▲特斯拉Gigafactory？1
在馬斯克的願景中，該工廠最終將能夠實現50GWh的年產能，支持特斯拉每年生產壹百萬輛電動汽車的宏偉願景。
但事與願違，壹方面是產能瘋狂攀升，電池需求快速上升的特斯拉；另壹邊是松下，即使出現虧損，它仍在擴大生產線，招聘更多員工。
雙方沒有達成供需同步上升的微妙平衡，特斯拉的電池需求缺口越來越大。最後在2018財報電話會議上，雙方矛盾爆發。
馬斯克指責松下的動力電池產能跟不上，限制了特斯拉車型？3.如果松下未能按照約定將合資工廠的電池產能提高至35GWh，特斯拉將停止對合資工廠的投資。
2019第三季度，雖然雙方合資工廠的動力電池產能達到35GWh，但松下也凍結了合資工廠產能進壹步提升至50GWh的計劃。
自2013合作以來，特斯拉和松下的關系第壹次接近“冰點”。
此事之後，雖然特斯拉和松下仍然保持著動力電池的供應關系，但特斯拉也開始尋找新的動力電池供應商。以特斯拉上海工廠投產為契機，LG和當代安培科技有限公司被列入特斯拉的供應商名單。
65438 2020年10月30日，特斯拉官方宣布與LG化學和當代安培科技有限公司達成動力電池供應協議。
此外，路透社還報道稱，特斯拉正在與當代安培科技有限公司(Contemporary Amperex Technology co .，Limited)就“無鈷”電池進行進壹步會談，特斯拉未來很可能會使用當代安培科技有限公司制造的“無鈷”電池。
▲路透社報道稱，特斯拉正在討論與當代安培科技有限公司(Contemporary Amperex Technology co .，Limited)就無鈷電池進行合作。
到目前為止，特斯拉的動力電池供應鏈已經從松下獨家供應變為由LG化學、當代安培科技有限公司和松下同時供應。特斯拉自有動力電池供應完成後，這條供應鏈也將被納入特斯拉的動力電池清單。
特斯拉正式從松下獨家供應動力電池的“單極時代”走向多家供應商供應動力電池的“多元化時代”。最終可能形成以自產電池為主，外購電池為輔的動力電池供應鏈。
對於特斯拉來說，這個時代的到來有三大意義:
1.動力電池會降低成本，提高效率。擁有眾多動力電池供應商的特斯拉，在供應商方面將擁有更強的話語權，勢必加大動力電池的降價力度。
同時，自產動力電池生產線投產後，特斯拉的動力電池成本將低至100美元(約合人民幣701元)，比松下的動力電池低10%。特斯拉的成本優勢更加明顯，旗下車型將進壹步降價，銷量將更大規模擴大。如果將幹電極技術用於動力電池生產，特斯拉動力電池的生產效率也會略有提高。
2.推動產能增長。到目前為止，特斯拉* * *擁有兩家整車生產工廠，壹家位於美國加州弗裏蒙特，目前正在滿負荷運轉；另壹個位於上海臨港，目前產能654.38+0.5萬輛/年，目標產能50萬輛/年，還有較大的產能爬坡空間；在德國柏林也有壹個計劃中的工廠，目前正在建設中。
就目前的情況來看，特斯拉和松下的合資電池工廠已經供不應求，而中國工廠和未來的德國工廠勢必需要新的動力電池供應商來提供動力電池。只有供應商充足的動力電池供應，才能推動特斯拉產能的增長，最終實現2022年年產654.38+0萬特斯拉的目標。
3.為了滿足數百萬輛Robotaxis的需求，馬斯克曾吹噓2020年將有6.5438+0萬輛特斯拉汽車上路成為Robotaxis。暫且不論自動駕駛技術是否可行，以目前的電池技術，這個目標很難實現。
目前動力電池的循環次數大多在1000次左右，對應的使用壽命在20萬英裏(約32萬公裏)左右。這個壽命對於普通家庭來說完全夠用，但是對於需要24小時不間斷運行的Robotaxi來說，就顯得捉襟見肘了。
特斯拉自產的動力電池正是為了解決這個問題。如上所述，特斯拉的最新專利顯示，他們已經完成了續航654.38+0萬英裏(約654.38+0.6萬公裏)的電池研發，續航時間長的動力電池將能夠滿足特斯拉Robotaxi的要求。
對於整個動力電池行業來說，特斯拉自產的動力電池也有著深遠的意義:
1，特斯拉作為電動車龍頭企業，進入動力電池行業，會帶來模仿效應。未來可能會有更多的大型車企在轉型和電動化的過程中，考慮生產自己的動力電池來滿足自己的需求。對於車企來說，電動時代的核心——三電技術，必須握在手心裏。
2.車企進入動力電池，意味著動力電池供應商原有客戶的流失，動力電池供應商的利潤空間被壓縮。在與車企的博弈中，動力電池供應商會想盡辦法降低動力電池的成本，提高性能。
3.新能源供應鏈的結構可能會改變。在車企自行生產動力電池的過程中，原本與動力電池供應商分離的材料供應商將可以直接與車企接觸。產業鏈的減少意味著產業結構的進壹步優化。
結論:特斯拉掌握電池後會更厲害。
特斯拉弗裏蒙特工廠首條動力電池生產線正在建設中，投產指日可待。馬斯克醞釀了五年的自產動力電池計劃終於進入出成果階段。
掌握動力電池後，特斯拉從各個角度看都會變得更加強大。
供應鏈方面，壹旦追求降低成本的特斯拉實現了自己生產動力電池的目標，那麽從其他供應商采購動力電池的需求勢必會相應減少。特斯拉的動力電池供應商將展開價格戰，而在這場價格戰中，特斯拉將享有絕對的主導權。
在電動車產品的末端，特斯拉自產的動力電池很可能比目前市面上的大部分動力電池性能更好，使用壽命更長，容量衰減更小，從而大大提高特斯拉車型的保值率。
但對於特斯拉來說，量產只是自產動力電池偉大願景的第壹步，後續的動力電池產能建設才是對其真正的挑戰。
在中國，動力電池產能的建設成本大約在4-6億元1GWh，而在美國，這個成本只會更高。如果特斯拉真要建設大規模的動力電池生產線，至少需要投資數百億元的動力電池項目。對於特斯拉這種剛剛盈利，現金流極其寶貴的公司來說，這筆投資會造成很大的壓力。自產動力電池對特斯拉來說還有很長的路要走。
本文來自車家作者汽車之家，不代表汽車之家立場。