特斯拉打造自製電池 100萬英里不是夢!

圖二、加拿大的Hibar Systems是特斯拉2019年收購的第二家電池製造公司。 (圖片來源:Hibar Systems)
圖二、加拿大的Hibar Systems是特斯拉2019年收購的第二家電池製造公司。 (圖片來源:Hibar Systems)

【吳碧娥╱北美智權報 編輯部】

2019年,特斯拉對外的併購動作讓人記憶猶新:先收購了美國超級電容與電池公司Maxwell,又取得加拿大電池製造公司Hibar Systems,在歲末年終之際,又獲得一項電池技術的重要專利,透過使用新型化學材料,打造出成本更低、容量更大、且壽命更長的電池。特斯拉積極打造電池研發團隊的布局,目標都是為了實現2020年開發出可行駛100萬英里的電池計畫!

(圖片來源:Pixabay)
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特斯拉首席執行官馬斯克(Elon Musk)在2019年4月時宣佈,特斯拉正在研發改善鋰離子電池的新技術,並聲稱這項技術優於當今其他應用在電動汽車的鋰離子電池,還有一項重要計畫,就是特斯拉將在2020年開發出續航力「100萬英里電池」,呼應了特斯拉將投入的自動駕駛計程車(robotaxis)和長途卡車車隊計畫。

電池系統是特斯拉在電動車產業位居領先的重要關鍵,特斯拉的Model S Long Range搭載100 kWh電池,每次充電後續航力可達373英里;競爭對手保時捷Taycan的電池體積雖與Model S相當,但每次充電後僅能行駛201英里。

特斯拉除了從松下電子購買日本製造的型號S和型號X的電池,為了降低生產電池的成本,也和松下在美國內華達州合資建立電池工廠Gigafactory 1,一起合作生產和組裝電池。雖然特斯拉在核心的動力電池技術方面比其他競爭者更具領先地位,但若不能掌握電池製造,仍須受限於松下的電池產能,除了尋求更多的電池供應商,特斯拉要確保市場競爭優勢,最終仍須走向自行研發生產電池一途,以減少對電池供應商的依賴。

圖一、特斯拉汽車與松下公司合建的鋰離子電池工廠Tesla Gigafactory 1。 (圖片來源:Wikimedia)
圖一、特斯拉汽車與松下公司合建的鋰離子電池工廠Tesla Gigafactory 1。 (圖片來源:Wikimedia)

儘管特斯拉當前的鋰離子電池足夠應付典型的電動汽車所有者,但對於長途貨運業者或是提供連續出租車服務,現在的鋰離子電池技術缺口仍大,尤其對於商用長途駕駛員而言,使用電動汽車仍然不符合經濟效益。

兩項關於電池技術的戰略性併購計畫

特斯拉為了實現百萬英里電池計畫,付諸多項實際的收購行動。2019年2月,特斯拉宣佈收購一家美國的超級電容和電池製造公司Maxwell。2019年5月16日,特斯拉以2.07億美元完成Maxwell的收購案,因此接手了很多電池製造方面的技術和專利,並將電池納入特斯拉新產品行列。由於Maxwell的鋰離子電極新技術,將使電池能量密度超過300Wh/kg,預計每2~3年就會有15%~25%的技術進步,能夠將電池成本降低10%~20%。馬斯克認為這是一項對電池生產的成本和規模產生重大影響的重要技術,同時降低擴大電池生產所需的成本,對特斯拉而言是非常具有戰略意義的併購。

表一、Maxwell公司的經營指標 (資料來源:Craft)
表一、Maxwell公司的經營指標 (資料來源:Craft)

不僅如此,去年特斯拉也為了開發新產品,招募更多生產線的技術人員,並在美國加州費利蒙(Fremont)建造全新電池產線,在美國科羅拉多州招募電池技術人員和測試人員。同年10月,特斯拉還收購了另一家加拿大電池製造設備和工程技術公司Hibar Systems,該公司成立於1974年,擁有先進的鋰電池製造技術,專門從事電動汽車高速電池製造系統,Hibar Systems曾獲得加拿大國家研究委員會200萬加元資助,支持其鋰離子電池製造系統的研發工作。特斯拉的種種併購動作,都顯示特斯拉要開始製造自己的車用電池,穩固其在電動車市場的優勢。

特斯拉「百萬英里」電池,性能與壽命大幅提高

使用鋰離子電池難以避免過熱問題,由於溫度升高不利電池系統的續航力,過去特斯拉也曾申請能夠延長能源儲存系統的冷卻系統。特斯拉在2018年8月與加拿大達爾豪斯大學的物理學家合作,提交一項名為「Dioxazolones and Nitrile Sulfites as Electrolyte Additives for Lithium-Ion Batteries」的專利申請,透過調整電池的化學物質來改善充電電池的性能。為了電動車和輸電網能源儲存設備的普及,必須該研發可在高溫、高電池電壓下提供更長續航力,且不會大幅增加成本的鋰離子電池化學物,根據該專利宣稱,鋰鹽等電解質添加物與非水性溶劑混合,可大幅提升電池系統的續航力和性能。

圖三、2019年12月特斯拉獲得利用新型化學材料改良電池效能的專利。 (圖片來源:WIPO(Publication Number :WO/2019/241869))
圖三、2019年12月特斯拉獲得利用新型化學材料改良電池效能的專利。 (圖片來源:WIPO(Publication Number :WO/2019/241869))

電池的使用壽命以放電週期來衡量,特斯拉Model S目前所使用的100 kWh鋰離子電池,只能提供1,000至2,000個放電週期(使用100%的電池電量等於一個完整週期);改良化學成分後的新電池,在1000次放電循環後能夠保持其95%的壽命、經過4,000次循環後將保持90%的驚人性能。這項鋰離子電池技術在去年12月26日獲得專利,雖然目前還無法確定這就是馬斯克承諾投入生產線的「百萬英里」電池,但可顯見特斯拉的確正在著手開發一種更便宜、更高效能的超級電池。

儘管特斯拉積極發展自製電池,但主要仍集中在新型電池領域,並降低對電池供應商的依賴風險,不影響特斯拉與松下長期的合作伙伴關係。而馬斯克口中的百萬電池是否真能在2020年問世,將是攸關電動車產業進展的一大里程碑。


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