电池风云,新造车产业中不为人知的一场「豪赌」

08-20 21:25 首页 极客公园


摘要:造电动汽车的人太多,电池不够用了怎么办。


iPhone 每一年升级一次,处理器速度几乎是成倍的增长,但几乎不变的是一天的待机时间。

确实,计算机处理器性能几乎每两年就会「翻倍」一次,但电池在相同的时间内可能只会增加几个百分点的改善。

电池仍然安静的在等待他们的下一次升级。

而当电动汽车的加入这场游戏时,一切都变了。有预测称,纯电动汽车在 2025 年的销售额大概会占到 25%,这也意味着届时电动汽车会达到上千万辆的级别,而这对电池的需求则是一下张开了血盆大口。

于是,表面平静的电池发展就像是像赌场大厦外的安静一样,暗藏玄机,楼里则突然迎来了一大批新的赌客在这里喧哗、押注、输赢甚至是背水一战。


挡不住的电动汽车革命

挡不住的是,Tesla 引领的电动汽车的革命,Tesla 证明了用现有的成熟的电池技术依旧能够打造体验非常好的电动汽车,如果靠理论的能量密度来算,研发人员也许除了环保,是想不出什么理由要用电动汽车来代替燃油汽车的。

能量载体的能量密度,来自维基百科

你的 iPhone 、笔记本电脑、平板电脑等等智能设备,当然还有 Tesla 使用的电池,都是锂离子电池,而它的能量密度在图中红色箭头标注的角落里。

虽然现阶段所拥有的锂离子电池并不够好,但还是取得了一些进展:在过去五年中,它让存储能源的成本下降了一半左右。这也让 Tesla 得以用最普通常见的 18650 电池,加上优秀的电池组管理技术交出了一份「合理」的续航里程和勉强说的过去的性价比。

你应该也不会单纯的因为「环保」而去买一辆电动汽车,简单来说,除了成为基本合格的电动车,适应未来的「自动驾驶」、甚至是经济性、良好的操控性等等体验上的革命也才是真正吸引用户的地方。

这就好像当年拿着待机一个月的诺基亚嘲笑智能手机只能用一天,却没想到智能手机不断迭代之后带来的良好体验早已让人妥协了去天天充电。

再加之政府对能源管控的种种因素,例如「法国之后,英国也宣布将在 2040 年禁止销售和购买新的汽油和柴油汽车,以减少空气污染」,而这一切都让「新造车运动」如火如荼的展开,像 Tesla 这样的初创公司层出不穷,越来越多的大厂也开始行动了起来,把电动汽车的生产日期提上了日程,而也引发了对于电池这个「新油箱」的需求量激增。

这个赌局里,准备下注的人越来越多。


「拥挤」的超级电池工厂

英文「Giga」代表着一个数量「十亿」,1 小时内产生/消耗 10 亿瓦特电力被称为 1 吉瓦时(GWh),于是最先入局的 Tesla 将它的这个全球最大的锂电池工厂命名为——「Gigafactory」。

对于 Tesla 想要的「成功」来说,除了打造人们可负担得起的电动汽车,还有储存可再生能源的业务,这些都是在「加速全球向可持续能源的转变」,所以电池的生产至关重要。

另一方面也是因为一开始没有任何工厂有足够的锂离子电池产能,让 Tesla 能够实现在 2018 年之前销售达到 50 万台的目标。

于是 Tesla 和松下合作准备花 50 亿美元来打造 Gigafactory「超级工厂」,它将占地 3200 英亩(约合 12.95 平方公里)的土地,形象的说它建成之后,将成为全球第二大建筑物。目前它是分阶段实施,现在该工厂占地 190 万平方英尺,但这只相当于超级工厂完工后的 30%。

Gigafactory 未来效果图

Musk 虽然拒绝透露该工厂的目前具体的产能,但他表示该工厂目前的产能已经是全球第一,已经比世界上任何其他工厂的产能都要高。同时 Tesla 希望能在 2018 年实现 35 GWh 锂离子电池产能,而这相当于 2014 年全球电池的产能总和。

于是 Gigafactory 成为了一个未来电池工厂的「标杆」。

最近大众集团预测,为了满足预期需求,人们必须在 2025 年额外建造 40 多座 Tesla「超级工厂」(Gigafactory)。假定大众 2025 年销量的 25%将来自电动汽车,大多数依靠锂离子电池,将需要约 150 GWh 的电力供应,如果每座工厂的年产能可以达到 35 GWh,光大众就需要 5 个这样的工厂,而望眼全球,总供应量将超过 1.5 TWh。

产业内的大公司甚至是新造车公司正在越来越多地对电池技术进行大规模的投资。戴姆勒公司宣布将电动汽车的计划提前 3 年,即到 2022 年前投入 110 亿美元用于推出 10 款电动车型,目前已经开始在德国筹建自己的第二座新电池工厂「Gigafactory」,而就在公布的几个星期之后,戴姆勒又透露,将与中国合作伙伴北汽集团合作,在中国建造电池工厂,这家工厂造价达 6.55 亿欧元(约合 7.4 亿美元)。

据彭博社报道,德国法兰克福公司 Terra E 联合 16 家德国公司组建联盟,准备兴建一家造价 10 亿欧元以上的锂离子电池工厂,将会在产能上挑战特斯拉的 Gigafactory 超级电池工厂。

原本很多大公司更多押注的「燃料电池」迟迟不来时,大公司逐渐开始信任当前的锂离子电池技术,并且有一部分开始「重金下注」,一是看到了 Tesla 的成功,另一方面也是看到了电动汽车即将井喷式的增长。

对大公司来说电动汽车这款产品未来的盈利能力非常重要,要大批量生产才「有利可图」。所以你能看到真正下决心开始转向电动化的公司都开始准备筹建自己的「超级工厂」了,不仅是相信自己的研发能力,未来成本可控,其次手握核心部件的供应链才能在未来的竞争中将自己的优势凸现。

甚至现阶段有少部分投资者认为,现阶段更好的投资电动汽车的方向是——锂矿,据悉锂价格去年已经暴涨了 60%,至少不管谁卖电动车,谁卖储能墙,甚至建造「超级电池工厂」,锂都是必不可少的。


电池「性价比」的战争

当增加容量成为瓶颈时,降低成本就成了第一要务。

现阶段锂离子电池的成本通常约占电动汽车价格的 40%,所以不同于燃油汽车,这才是电动汽车降低成本,扩大盈利空间的「战略位置」,毕竟盈利能力才是考量一家商业公司成功的关键。

为此 Musk 其实早已参透其中的奥妙,同时也是深有感触。这里又要再次搬出 Tesla CEO Musk 有名的「第一原理」的理论,下面是他在一次公开访谈中的表述:

我们运用「第一原理思维」而不是「比较思维」去思考问题是非常重要的。我们在生活中总是倾向于比较——别人已经做过了或者正在做这件事情,我们就也去做。这样的结果是只能产生细小的迭代发展。「第一原理」的思考方式是用物理学的角度看待世界的方法,也就是说一层层剥开事物的表象,看到里面的本质,然后再从本质一层层往上走。这要消耗大量的脑力。

拿个最简单的例子来说,最开始电动汽车的电池组非常昂贵,大概是 600 甚至 1000 美元/千瓦时。但我们用第一原理角度进行思考:电池组到底是由什么材料组成的?这些电池原料的市场价格是多少?电池的组成包括碳、镍、铝和一些聚合物。如果我们从伦敦金属交易所购买这些原材料然后组合成电池,需要多少钱?你会发现只要 80 美元/千瓦时。

所以 Musk 的想法总是「这件事情在物理层面上是行得通的,我为什么做不成?」。而电池组的成本也是各大数据分析、投资分析公司最看重的地方,因为这关乎到一家电动汽车公司最本质的「盈利能力」和「竞争力」。

据「 Nature」杂志发表的一篇关于电动汽车电池的研究显示(http://t.cn/RCLSe9N),现在虽然仍然没有实现,但是未来 100 美元/千瓦时的成本是整个行业的标准目标。而如果你的成本可以控制在这之下,你不仅仅可以非常具有竞争力,你甚至能够成为行业第一。

这也让投资电池成为了一项相对危险的业务。根据彭博新能源财经(Bloomberg New Energy Finance)的预测,2016 年全球电池成本下降 22%,并将在 2017 年再下降 15%至 20%。对于电动汽车制造商而言,这是一件好事,但对于电池生产商来说,这样的竞争让他们很难一直保持领先。 

麦肯锡研究报道,电池成本的下降趋势和三大市场的电动汽车销量趋势

这些电池成本价格的下降可能会很快放缓,因为价格已经下降到快要接近原材料成本。但能够保持领先于成本趋势的汽车制造商,才能够更快地实现电动汽车的盈利。

还是先以 Tesla 为例,他们在通过规模经济效应、不断革新的制造工艺以及减少物流过程中的浪费来降低锂电池的制造成本,并且通过合理的流程优化来减少开支。到 2018 年,也就是批量生产 Model 3 的第一年年底,特斯拉超级工厂将把每千瓦时电量电池组的成本降低 30% 以上。

而这一部分也得益于,Tesla 放弃了原来的 18650 型号电池,而投产这款自己研发的规格容量都更大的 2170 型号电池(现在 18650 型号电池容量为 1500-3000mAh,而 2170 型号的电池容量可达 5750-6000mAh。)Musk 说:21700 型电池的能量密度是世界上最高的,并且还将是最便宜的。具体多便宜?Tesla 官方表示:未来 2170 锂电池系统成本为 155 美元/千瓦时,预售价为 170 美元/千瓦时。

而目前阶段,各家的电池成本究竟是什么状况?拿 Tesla 和现阶段两个比较火的电动汽车:暂时全球电动汽车销量第一的日产 Leaf,和最近「性价比」非常高买的火热的雪佛兰 Bolt 这两款车做比较,虽然电池成本是各家的核心数据,一般不外露,但通过官方的电池组售价和发言人的透露中粗略的得出具体的数字:

  • 日产 Leaf  在 2014 年 270 美元/千瓦时。(原因:虽然非常「惊艳」,但 24kWh 小续航版本对电池体积并没有非常极致,而且 Leaf 也卖的比较好,有一定规模效应。)

  • 作为同样是 60 kWh 以上的电池组版本:Tesla 表示在2016年就做到了低于 190 美元/千瓦时,而雪佛兰 Bolt 在今年推算成本价格大约在 200 美元/千瓦左右。

 所以仅仅是作为一台单纯的电动汽车,电池成本在这之间的差距就不容小觑。在这个「赌局」中的每个人,在下注之后一定是全神贯注的关注在对抗之中,周围那些犹豫的人,赌场中的流言蜚语已经和他没关系了。


押注下一代「电池技术」?

技术的发展也许总会有一些必然性与偶然性,「偶然」可能是说某一天某项技术被「牛顿的苹果」砸中,突然就有了重大突破,所以投资电池超级工厂也某种程度的像是在「押注」,而「必然」则是说在预期内的技术进步。也许这样的比喻不够恰当,不过接下来需要谈论的这个必然性是可预期的下一代「电池技术」。

「如果希望能量密度进一步提高,大于 500 瓦时/公斤的话,从现在开始就要考虑固态锂电池,以及锂空气电池、锂硫电池等新的电化学体系探索研究」,中国工程院院士陈立泉在谈到电池的未来发展时这么回答到。

而这其中的「全固态锂电池」则因为去年英国富豪的一笔投资而脱颖而出,戴森公司的创始人詹姆斯·戴森(James Dyson)曾花 9000 万美金收购固态电池企业 Sakti3,同时去年 8 月宣布,他宣布将投资 14 亿美元建立一座电池厂,推进固态锂电池技术的发展。

James Dyson

德国汽车零部件巨头博世 (BOSCH),2015 年收购美国电池公司「Seeo」,之后与日本著名的 GS YUASA 电池公司和三菱重工共同建立了新工厂,主攻固态阳极锂离子电池。

「全固态锂电池」这么被看好是因为它更适合作为「动力电池」,原因简单来说是它的三个优点:

  1. 比传统锂电池提升大约一倍的能量密度

  2. 可实现柔性或者微型化,可以摆脱刚性外壳和尺寸的束缚

  3. 安全可靠,可以承受切割、撞击等安全考验,非常适合作为动力电池

而据悉各大电池厂商丰田、松下、LG、三星和国内的宁德时代、比亚迪等等都开始对「全固态锂电池」投入大量的研发力量,但据业内人事透露,这项技术还在逐渐突破,可能还需要 5-10 年的时间正真大批量量产落地,同时要满足车厂成本和综合性的要求还要拭目以待。

在电池行业,正真改变世界的还是这样技术突破,所以今天汽车厂商面临的抉择也同样「纠结」,之前一直说 Tesla Model 3 是 Musk 的这个「赌博」的关键产品,对于所以其实电池技术的押注也是这个赌博的组成部分之一吧,这也许是被很多人所忽视的地方。

从电池「性价比」的战争,再到下一代的「电池技术」的押注,电池成为了新造车公司的新赌局,好像风险有多大,机会也同样有多大。当电动汽车革命的挡不住的涌来,旧公司要决定是不是入局,新公司就需要直接下注,而这个赌局中的人还没有绝对的大赢家,因为不到赌局结束,谁都不知道谁会真正笑到最后。 ■

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