在过去的30个小时里,特斯拉(NASDAQ:TSLA)吞噬了全球科技行业几乎所有的流量。按时间顺序,这些事件依次发生:
推迟了5个月的炮台日在争议中结束;
车联网系统正在经历全球宕机;
被指控就关税问题起诉美国政府;
股价暴跌10%,市值蒸发了两周。
在这4起事件中,有2/3尚未被朝阳市公众曝光。关于第一项对中国电动汽车市场的影响,我们在本报告中有一个独立的观点需要阐述。相关结论总结如下:
特斯拉做出了贡献,比亚迪非常高兴。宁德时代(300750,股吧)出了一身冷汗,NIO小鹏眼里噙着泪水。
01
动力电池的一大步
埃隆·马斯克在9月23日特斯拉电池日的表现让公众意识到了他致命的一面。尽管这一天已经推迟了5个月,但他还没有向世界带来可以大规模生产的动力电池黑科技。
所谓的“期望越高,失望越大”再好不过了。
但从行业角度来看特斯拉的电池技术,其背后的奥秘实际上可以说在推动全球动力电池技术方面向前迈出了一大步。
具体而言,特斯拉的半量产半概念“4680无极耳电池”有两大技术创新:
1.通过物理异质性,为电池单元创建了一个新的标准。
2.通过电气化的异质性,为电池建立了一个新的标准。
? 无极耳:创伤细胞的新标准。
目前动力电池的电池芯制备过程有两条路径:堆叠和卷绕。
其中,叠层电池由于其多极耳结构和低内阻优势,在散热、放大、衰减等方面具有更好的性能,正逐渐成为主机制造商的新宠。
尽管伤口细胞的相对弱点很明显,但长板也很显著:生产工艺简单,自动化程度高,产量高,质量一致性强。这也是为什么特斯拉,一个非常重视自动化的行业领导者,一直对这个从1到100的过程有着依赖路径的痴迷。
图1:电池极耳。来源:网络
尽管堆叠式电芯不错,但考虑到大规模交付的刚性需求,马斯克仍然选择在原有的道路上突破,通过“向日葵经典+吸星法”两大技术创新,努力稳定武术霸主的基本地位。
所谓的向日葵经典是指无耳技术——由于耳朵的数量无法与堆叠的细胞数量相匹配,因此最好将其剪掉。这种非常规工艺的原理是:
以前,对于绕线电池,电流必须通过内部极接线片到达接线片部分,并到达电池单元外部的连接器。然而,在这个过程中,电阻会随着距离的增加而增加,导致热量产生非线性激增,直接影响电池寿命,并决定有限的电池容量。
图2:电池单元两侧的突出部分是接线片。来源:特斯拉
为了克服这个问题,特斯拉通过物理异构化放弃了电极耳的传统结构,通过导电涂层将电池的直流流体直接连接到电池盖板和外壳上--
也就是说,在激光成型和电化学技术的辅助下,用桌面涂覆电极工艺取代原来的旋转台阶金属电极工艺,可以实现5-20倍的电阻效应降低,从而大大解决高能量密度电池的散热问题和电池容量扩展问题。
通过这项专利技术,马斯克声称,随着电池尺寸增加到4680,“4680无极耳电池”的电能增加了5倍,电池寿命增加了16%,功率增加了6倍。
图3:马斯克在电池日展示了无极耳用电池的参数。来源:特斯拉
? 干电极:动力电池的新标准。
无电极耳细胞技术路径的实现依赖于干电极技术作为底层逻辑支持。
特斯拉的技术起源于2018年2月对超级电容器制造商Maxwell的收购。特斯拉支付了2.18亿美元的对价,以支持麦克斯韦正在进行的干电极技术的研发。
所谓的干电极技术是一种正/负选择……
去材料压制技术,包括将少量细粉末粘合剂与正极或负极材料混合,通过薄膜沉积技术形成电极材料条,然后将其滚动到金属箔集电体上形成成品电极,最终呈现为覆盖电极膜的基底。
在无电极耳细胞中,特斯拉用电极膜基质取代了耳朵的作用,导致耳朵最终被刀割下,就像人类的阑尾一样。
基于干电极技术的电极膜基板可以被视为“吸星法”的奇迹成就,其对创伤细胞的贡献在于基本上吸收了堆叠细胞的所有优点并实现了超越。
图4:Maxwell公司关于干电极相关发明的专利申请。来源:美国专利商标局
干电极工艺可以被描述为一个简单的工艺,但它涉及尖端的基础材料科学主题。到目前为止,即使是被广泛认可为领先科技公司的麦克斯韦也没有完全理解这一知识——这就是为什么马斯克不得不降低立场,并表示“4680无电极耳用电池”距离大规模生产还有三年的时间。
以当前全球电动汽车行业的发展趋势为参考,干电极技术可以被视为动力电池技术树中的顶尖成果之一。这项技术的彻底突破也将意味着下一代动力电池——固态电池的正式落地。
作为一个绝对前沿的商业技术秘密,特斯拉自然不会向外界全面披露其干电极技术的核心本质。但是,通过相关专利,我们仍然可以列出其相关活性物质的筛选范围:
◆ 阳极活性材料:硅材料(如金属硅和二氧化硅)、石墨材料、石墨、含有石墨烯的材料、硬碳、软碳、碳纳米管、多孔碳、导电碳等。
◇ 阴极活性材料:锂镍钴锰氧化物(NMC)、锂锰氧化物(LMO)、磷酸铁锂(LFP)、锂钴氧化物(LCO)、钛酸锂(LTO)、镍钴铝氧化物(NCA)、层状过渡金属氧化物(如LiCoO2(LCO),Li(NiMnCo)O2(NMC,尖晶石锰氧化物(如LiMn2O4(LMO)和/或LiMn1.5Ni0.5O4(LMNO))、橄榄石(如LiFePO4)、硫元素化合物(LiTiS2)、铁氧体(LiFeSO4 F)、硅、氧化硅(SiOx)、铝、锡、氧化锡(SnOx)、氧化锰(MnOx,或其组合。
◆ 绝缘材料:陶瓷、陶瓷粉末、聚乙烯、聚丙烯、氧化铝(如Al2O3)或其组合。
◇ 电池底壁:镍和高镍合金。
图5:马斯克在电池日展示了使用不同活性材料制备电池的成本。来源:特斯拉
任何可以在专利中显示的内容都不被视为商业秘密,因此上述术语仅供参考。此外,材料的组合和比例也更为关键。
尽管“4680无极耳电池”尚未成熟,但基于所涉及的核心技术,特斯拉正试图解锁下一代动力电池技术。也许在外界看来,特斯拉电池日可能不够激动人心,但从行业角度来看,它确实在用扎实的产品驱动动力电池技术方面迈出了一大步。说“特斯拉做出了贡献”并不为过。
02
中国有轨电车圈的“蝴蝶效应”
特斯拉的“4680无极耳电池”不够轰动的另一个主要原因是,两家中国电池制造商,宁德时代(SZ:300750)和比亚迪(SZ:002594),在一、六个月前推出了CTP电池和刀片电池。
仅比较成本、续航、安全和寿命这四个核心参数,后来的“4680无极耳电池”几乎没有优势。
但我们必须注意几个重要的逻辑:
1.无论是CTP电池、刀片电池,还是“4680无极耳电池”,“安全”和“成本”正在成为现阶段全球动力电池竞争的核心关键词,“续航”的权重已经滑落至第三位。
2.三种不同类型的电池显示出突破的趋势……
e电池模块和集成到车辆模块中的约束。
3.高能量密度电池技术的竞争正逐渐进入深水区。如果说2020年是动力电池物理异构竞争的一年,那么未来3-5年很可能会进入电化学异构竞争的年份。
在博科的研究人员看来,这些细微的变化正在引发中国有轨电车行业的“蝴蝶效应”。在这里,我们仅以顶级或知名品牌从业者为例:
◆ 比亚迪:未来18个月可能是比亚迪电池和有轨电车行业的黄金时期。
在领先的电池技术的引导下,安全性和成本正成为主机制造商竞争的焦点。比亚迪在这方面的优势正是得益于其早期对三电系统的独立研发,这使其具备了垂直整合的能力,使其具有独特的成本竞争优势。
此外,刀片电池选择磷酸铁锂路径,在安全性方面具有相对优势。
但是充足的雨季永远不会持续太久。从目前公开的信息和专利数据来看,比亚迪并不看好下一代电池技术的争夺战,也就是电动化异质性的高地。
图6:比亚迪刀片电池。资料来源:比亚迪
◆ 宁德时代:主机厂的技术路径适应存在短期困难,从中长期来看,它可能是最有希望在新一代电池技术上取得突破的中国公司之一。
“4680无极耳电池”的上市,其实让整个宁德时代惊出了一身冷汗。作为一个重要的大客户,他们是否选择或有能力在短期内适应特斯拉的“4680无极耳电池”技术路径是一个非常复杂的问题。因为这将涉及大量的设备资本支出和技术流程的不确定性,所以不能指望特斯拉与其共享干电极技术。
从其CTP电池一直以来都是雷声大雨点小的状态,也可以看出其时代的纠结。
作为全球动力电池技术的领导者之一,宁德时代一直对干电极和固态电池技术路线持积极态度。但进展的具体细节外界尚不清楚。
图7:宁德时代CTP电池原理图。来源:网络
蔚来和肖鹏:看来我们应该更加尊重制造业的发展规律,适度减轻互联网造车“地心”思维的重量,继续加强品牌力或产品力,构建真正的护城河。
从中短期来看,当谈到动力电池问题时,NIO(NYSE:NIO)和小鹏(NYSE:SPEV)只能眼含泪水地看着宁德时代的脸。
两者向公众展示了多少关于智能驾驶技术期望的技术内容,还有待验证。试图通过这个维度构建不对称竞争优势,从通信技术常识的角度来看,它们的储备目前并不令人信服。
尤其是对小鹏来说,现在的核心问题是受宏观环境制约,加速IPO,打乱了产品开发和运营的节奏。
这里没有太多提及理想(NASDAQ:LI),因为它仍处于鼎盛时期。
其他行业同事:作为知识产权竞争角度的观察者,建议行业同事有时间坐下来,在充分竞争的基础上讨论电动汽车标准的构建。这是行业和消费者的首要任务。
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