特斯拉电池日会有什么重磅内容发布?

美西太平洋时间 2020 年 9 月 22 日下午 2 点,特斯拉召开了备受瞩目的电池日,关于特斯拉自研电池的核心介绍在下午 4 点基本结束。

可能连特斯拉 CEO Elon Musk 也没想到的是,2020 年以来疯涨大半年的特斯拉股票,竟然在精心筹备的电池日发布会结束后开始下行,最低点一度来到了 367 美金,跌幅扩大至 17%。

显而易见,对于自研电池,特斯拉管理层和外界出现了严重的分歧。

更为复杂的是,如果你去分别对比中文和海外网络的风评时,发现两边的看空立场竟然是对立的——

从中文新闻网络的反馈来看,业界对特斯拉自研电池计划的普遍态度都是:「低于预期」、「并无惊喜」。

外媒及相关从业人士的普遍观点则是:过于激进、宏大的革新,后续的工程化落地存在巨大的挑战。

那么,如何以正确的姿势看待特斯拉自研电池项目?

「没有最优解的经典问题」

在介绍发布会内容前,我必须先谈谈特斯拉的发布会本身。

在特斯拉 2019 年的股东大会上,Elon 说了这么一句话(我们已经、今后还会多次提到这句话,因为它是如此的重要):

如果我是外部投资人,我会高度关注两件事:自动驾驶的时间表和电池产能扩张及成本降低计划。电池和自动驾驶,这是特斯拉最重要的两个战略重心。

与之对应,特斯拉分别在 2019 年和 2020 年召开了Autonomy Day 和 Battery Day。

(Ps:事实上,这两场发布会宏观的框架、排布的逻辑是完全一致的,两场质量上乘的技术科普型发布会。如果你还没看过,推荐)

在 Battery Day 一开场,Elon 直接把主题指向了 2019 年股东大会上提到的基本战略:电池产能扩张及成本降低计划。

特斯拉的答案是,从电芯设计、电芯制造、电芯正极材料、电芯负极材料和电芯车辆工程集成五个维度入手,重点如下:

相比 2170 电池,新的 4680 电池改进了化学材料、成组结构设计和自动化制造流程。特斯拉认为,当今电池制造的许多元素都是电池早期发明阶段的不良遗产,通过重新设计全流程,电池的成本及产能扩张速度可以得到大幅改进。

用 Elon 的话说:基于第一性原理思维,我们思考了电池制造的几乎每个要素。(Based on the ‘first principles’ way of thinking,We’ ve thought through almost every element of battery production.)

然而,伴随着发布会的结束,潮水般的质疑也纷至沓来:从大圆柱、无极耳,到高镍无钴、硅碳负极、CTC 集成,无一例外是整个业内努力的方向,不少企业在特斯拉 Battery Day 之前早已纷纷入局。

说到底,大家对特斯拉的预期并不是行业领先,而是独此一家的大杀器。特斯拉并没有拿出一个电池黑科技炸翻全场啊?

之所以会有这样的预期,源于市场对特斯拉过去十五年研发体系的不了解。

前特斯拉电池高级研发工程师 Chris Burns 对 Battery Day 的评价入木三分:

最重要的是,我们不会很快见到「下一代」电池的商业化。

整个行业都认为固态电池或类似的技术具备很高的能量密度和很低的成本,并谈论成本降低至 50 美金 / kWh 的路径。

特斯拉的答案是:基于高镍正极和硅碳负极,他们就可以做到(高能/低成本)。

宏观提炼这段话,就是特斯拉研发体系的风格:特斯拉长期致力于所谓渐进式创新(Progressive innovation),基于现有研发体系进行持续地改进,而非颠覆式技术变革。

特斯拉联合创始人、前 CTO J.B.Straubel 说,对于那种「没有最优解的经典问题」 ,特斯拉总是会从各个细枝末节入手,找出 10 或 15 个可以改进的地方,最终促成系统性的改进,就能得到好结果。

如果我不说,你或许会以为他在评论 Battery Day,事实上,这是他在 2009 年初代 Roadster 量产交付后的分享。

十年前的特斯拉从 Roadster 的电池、电机、空气动力学、轮胎滚阻、制动卡钳、胎压、变速箱…一点点入手改进,实现了最初的设计目标:续航 250 英里;0 – 96 km/h 加速低于 4 s。

十年后的特斯拉面对电池问题,给出了如出一辙的解法。就像 Elon 说的,思考电池制造的几乎所有要素,重新设计每一个流程,这是他屡试不爽的第一性原理解题思路。

丰田正在密集布局固态电池技术,这是与特斯拉迥异的颠覆式技术路线。2017 年 7 月,丰田发言人 Kayo Doi 表示,丰田正在研发全固态电池,目标是在 2020 年实现固态电池的量产上市。

一个月后的特斯拉 Q2 财报会议上,面对分析师的频繁质疑,Elon 对固态电池开炮:如果有人做出了超赞的电池,请立刻将样品发给我们,或者可以验证参数的独立实验室。否则就 TM 闭嘴吧!PPT 造电池当然一切表现都很好。

时任特斯拉 CTO J.B.Straubel 也表示,特斯拉已经测试了来自全球各地大量的固态电池原型,但还没发现任何促使特斯拉改变研发策略的产品。

三年后的 2020 年 7 月,丰田主管动力总成的执行副总裁 Keiji Kaita 宣布,丰田固态电池推迟至 2025 年小批量投产。

9 月 3 日,大众集团控股的固态电池创业公司 QuantumScape 发布了 IPO 招股书,Elon 随后评论:三元锂电池的极限被 QuantumScape 低估了大概 1/3。(表中的锂电池上限为 300 Wh/kg)

结合他之前说的 400 Wh/kg、高循环次数的锂电池有望在 3-4 年内大批量生产。这在很大程度上表明,特斯拉已经确立了未来 3-4 年内将锂电池理论极限推到 400 Wh/kg 的实现路径。

事实上,这也不是锂电池第一次「突破」理论极限。1992 年、2002 年、2012 年和 2018 年,锂电池一共出现过 4 个理论极限。随着材料的不断改进,所谓固化的理论极限其实是个伪命题。

渐进式创新或颠覆式创新并无高低之分。只是从目前来看,以特斯拉为代表的渐进派暂时顺遂,以大众丰田为代表的颠覆派仍需努力。

一家韩国大型动力电池企业的内部人士表示,「如果特斯拉宣布了固态电池之类的空中楼阁,我们不会太紧张;但他们宣布的东西看起来像明天就要去执行的事情,这很可怕。」

对于那些抱怨 Battery Day 没有黑科技的怀疑论者来说,他们所犯的最大的错误,便是把渐进式创新阵营的王者当成了颠覆式创新的好手。

「每 3-4 个月迭代一次」

过去五年来,特斯拉是所有电池消耗企业中「去钴化」意愿最强、动作最为激进的企业。到今天为止,特斯拉已经把 NCA 镍钴铝电池中的钴含量降到了史无前例的低位(低于 3%)。

不过从 Battery Day 来看,在接下来的五年,去钴不再是特斯拉电池「降本增能」的重心。

特斯拉已经实现了领先业内的低钴比,进一步完全移除钴的超高镍电池会大幅降低热稳定性,带来严重的热失控风险。对于特斯拉来说,彻底地「去钴化」性价比并不高。

这也是为什么,Elon 既未明确具体的材料配方体系,也未给出确定的时间表,无限弱化了「高镍无钴」的存在感。

从这张 PPT 看,实现 56% 的成本下降,负极改进只占 5%,制造环节占比达到了 18%。显而易见,特斯拉把涵盖干电极制备在内的制造流程自动化放在了最重要的位置。

在 Battery Day 召开前一天,Elon 发推「做空」:

人们还不了解新技术产能爬坡的极限挑战,比制造一个产品原型困难 1000% – 10000 %。制造制造机器的机器比制造机器本身困难得多。

昆士兰大学 Tritium e-mobility 电动汽车研究员 Jake Whitehead 博士表示,特斯拉自研电池最大的挑战,是 Ta 仅实现了试产,在转向规模化大批量生产的过程中还存在许多不确定性。

特斯拉最突破的革新是通过部署干法涂布工艺制备电极,来极大地简化生产复杂度、提高产线自动化程度、显著降低产线设备投资规模。

在传统的湿法制备电极工艺中,最大的挑战在于实现浆料涂布的完美均衡分布,在干法环境下,这一环节会更加难以平衡,而这对于电池的规模化大批量生产至关重要。

干法制备是如此的困难,以致于 Elon 和台上另一位主讲人、特斯拉动力总成与能源工程高级副总裁 Drew Baglino 分别用了「极度艰难(insanely difficult)」和「超级严苛(super demanding)」来形容。

特斯拉怎么解决这个问题呢?这个问题有点儿像文章开头的那个质疑:特斯拉如何解决工程化落地环节的巨大挑战呢?

干电极制备,源于 2018 年 2 月特斯拉对电化学企业 Maxwell 的收购整合。

Drew 说,自 2019 年 5 月 15 日正式收购 Maxwell 至今,特斯拉自研电池的产线关于干电极制备的工艺进行了四代设备的迭代,预计再经过两到三个版本的迭代,问题将得到真正的解决。

在我看来,这是全场发布会中最重要的一句话。它完美呈现了特斯拉不仅限于电池、覆盖所有组件的研发哲学:快速行动、快速失败、快速修正、快速突破。

Ta 体现在特斯拉产品的每个细节上:

特斯拉 Model Y(将)于 2020 年 1 月、2021 年 1 月和 2021 年 5 月在美国加州、中国上海和德国柏林投产,在不到一年半的时间里,Model Y 的白车身将进行三次大型工程变更。

拆解了两辆 Model Y 的美国工程咨询公司 CEO Sandy Munro 说,特斯拉在两个月里对 Model Y 的八向阀热管理总成进行了 13 处设计变更。

特斯拉汽车业务总裁 Jerome Guillen 透露,Elon 希望产线工程师每周进行至少两次改进,以使生产速度更快、成本更低。

快速迭代让特斯拉陷入了巨大的争议,也是特斯拉持续领先的根本所在。Elon Musk 在各个场合反复强调「把超级工厂当成特斯拉最大的产品来打造」,而产品本身,是可以不断迭代的。

回到自研电池产线,在经过 4 个版本的迭代后,根据 Elon 的说法,自研电池产线仍未完全正常运行,但已接近正常工作(not totally working, but it is close to working.)

特斯拉的目标,是一年之内自研电池工厂 1 条产线产能达到 20 GWh/年。作为对比,特斯拉超级电池工厂 Giga 1,拥有 13条传统产线,产能仅为 35 GWh/年。

当特斯拉开始挖矿

对你而言,整场发布会最为震撼的一张 PPT 是哪张?

对我来说,是这张。

Elon 站在台上说,我们在内华达州拥有超过 10000 英亩锂矿的所有权。Drew 接着说,我们将在北美建立自己的正极工厂,利用北美现有的镍和锂资源。仅通过对正极的供应链和制造本地化,就可以将正极材料成本降低至原先的 80%。

特斯拉终于进入了采矿业。

对于制造业,Elon Musk 有一个著名的论断:只有原材料是唯一的限制,制造的每一个环节都完全可以被重新发明。

2017 年 1 月,特斯拉在超级电池工厂 Giga 1 召开投资者日。Elon 对投资人说,对于垂直整合,最理想的形态应该是工厂建中间,一头连着矿山,另一头产出汽车(the best case scenario would be to put the factory over a mine andout comes a car.)。

今天,特斯拉真的进入了采矿业,触达了原材料——这个制造业唯一的限制。

特斯拉的垂直整合似乎完全不设边界,一路向上游仰攻,直到无法前进为止。这让我们重新思考特斯拉垂直整合的动机。

回到电池来说,这意味着你可以去做大圆柱,你可以去做无极耳,你可以去做高镍、做无钴、硅碳负极、CTC 集成,但同时整合上述所有的微创新并工程化落地,只有特斯拉可以。

2014 年,瑞银分析师 Colin Langan 质疑特斯拉持续加大垂直整合策略,Elon 给出了一个不太常规的解释:

在任何给定的技术水平下,分子会移动多远?如果一个分子在世界各地进行数次往返旅行,那将是昂贵的。如果只是从一处移动到另一处,显然成本会更低。因此,垂直整合意味着这些分子不会移动太远。

for any given technology level,how far did that molecule move? And if the molecule is taking several round trips around the world,that’s expensive.If it’s just moving from one station to the next,then that’s obviously lower cost. And so the vertical integration just means that the molecule doesn’t move as much.

特斯拉进入了制造业的每一个环节,然后呢?「重新发明每一个环节」。

特斯拉将 Grohmann、Hibar(分别是特斯拉收购的汽车和电池产线自动化设备制造商)和公司的其他机械设计团队进行垂直整合。

Drew 说,我们在产线的一台机器和另一台机器之间没有任何中间环节,这让我们可以将整个产线当作一台机器来设计,并删除了所有不必要的步骤。

Elon 接着说,我们去掉了传统意义上的「启动」和「停止」,产线最终会实现高速持续运行组装。

Battery Day 召开前一个月,Elon 曾提到过完成垂直整合闭环之后的战术执行:

今天,特斯拉的工厂系统已经拥有比汽车更多的软件,从长期来看,可能还会有一个数量级的增长。

我们绕开所有承包商和供应商,将工厂打造成一台巨型机器,由我们自行设计并不断改进每个版本。

我们可以基于第一性原理整合设计汽车和工厂。

整合设计?

我们领略过独立的电池包设计、独立的汽车设计、独立的产线和独立的工厂,这是传统汽车工业的经典模式。

将电池包、汽车、产线、工厂整合设计,我们见到了这个:

通过 6500 吨级的压铸机,压铸一体式前车身和后车身;联合设计电池包与底盘,集成前排座椅支架。通过电池包与汽车的整合设计,减少制造环节,简化产线设计。

最终,基于对所有产品的高度垂直整合,特斯拉将逐步实现全系产品的「整合设计」。

2019 年,Elon Musk 说,「电池和自动驾驶,这是特斯拉最重要的两个战略重心」。

2020 年,Elon Musk 说,「最终,每家车企都将拥有长续航电动车,每家车企都将拥有自动驾驶技术,但不是每家公司都擅长制造。特斯拉将会在制造领域遥遥领先于其他所有人。这就是我们的目标」。

本文首发于微信公众号新车一讲

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