大众汽车:我的电池我做主

  • 李媛媛
  • 发表于: 2019/12/09 09:05:56 来源:电动汽车观察家

原材料供应、电芯开发、电池系统装配,到电池回收全布局。

大众汽车全球的动力电池布局,雏形初现。
早在2017年7月,大众汽车就被传与宁德时代、嘉能可(Glencore)签订2万吨钴产品的三方供货协议。虽然3家企业均未对此置评,但后来的事实证明,大众汽车从未停止电池原材料领域的筹划,并成立了电气化原材料团队,专门从事原材料行业市场调研和业务拓展。
与此同时,大众汽车一边继续扩大电芯供应商“朋友圈”,和SKI、宁德时代、LG等确定了采购关系;一边加速自研、(合作)自产电池,与新创电池企业Northvolt合资建厂,并组建300名专家的电池研发团队,投产电池试生产线。
在众多布局中,位于德国下萨克森州Salzgitter市的“电池卓越中心”,堪称大众汽车动力电池战略决策的司令部,承担着大众汽车集团动力电池研发、采购和质量管控的任务。
用该中心负责人Frank Blome的话称,“电池卓越中心”试生产的启动,是大众汽车在Salzgitter市建立超级工厂(gigafactory)的重要一步——他所指的正是大众汽车和Northvolt在该市合资投建的电池工厂。
虽然FrankBlome曾公开表示,大众汽车尚无独立自产电芯的计划,量产电池主要来自供应商和合作生产的企业。但从目前的布局来看,从原材料供应、电芯开发、电池系统装配,到电池回收,以及现有供应商体系维护,大众汽车都已有部署。

大众汽车主要动力电池布局

资料来源:《电动汽车观察家》整理资料来源:《电动汽车观察家》整理

电池卓越中心:积累自己的经验

2017年12月,大众汽车发布的一则任职声明引发了外界关注。
声明称,自2018年1月1日起,Frank Blome将成为大众汽车电池卓越中心的负责人。时年48岁的Frank Blome拥有电器工程学位,以及22年的从业经验,曾担任大陆集团电驱动项目总经理和Deutsche ACCUmotive公司董事会主席。
DeutscheAccumotive 成立于2009年,负责戴姆勒旗下混合动力汽车和纯电动汽车电池的研发和生产。

2017年5月,戴姆勒宣布,将新建一座号称超级工厂(gigafactory)的电池工厂,加速电动汽车开发,参与该工厂开幕仪式的,除了德国总理默克尔、时任戴姆勒CEO蔡澈,还有Frank Blome。

蔡澈(左二)、默克尔(右二)、Frank Blome(右一)参加戴姆勒新工厂开幕式,资料来源:戴姆勒官网蔡澈(左二)、默克尔(右二)、Frank Blome(右一)参加戴姆勒新工厂开幕式,资料来源:戴姆勒官网

比起FrankBlome从戴姆勒跳槽到大众汽车,人们更在意的是,大众汽车为动力电池部门专门设立了一个新的高管职位,足见其对电池研发团队的重视。

Frank Blome和电池卓越中心下线的电池样品,资料来源:大众官网Frank Blome和电池卓越中心下线的电池样品,资料来源:大众官网 

据介绍,电池卓越中心拥有约300人的专家团队。300名电池专家是什么概念?不妨横向对比一下。11月14日,宝马集团在慕尼黑启动的全新电芯技术中心目前拥有200名电池专家,Northvolt的全部员工也不过500多人。

大众汽车电池卓越中心的试生产线厂房,资料来源:大众官网大众汽车电池卓越中心的试生产线厂房,资料来源:大众官网

而由FrankBlome带领的电池卓越中心不负所望,上任不到两年,就建立起大众汽车第一条动力电池试生产线。

9月23日,大众汽车宣布,耗资1亿欧元在电池卓越中心建设的电池试生产线正式启动,该生产线将主要用于开发、测试、试用创新生产技术,以获得动力电池研发和生产的实际经验。
试生产线启动仪式上,Frank Blome称,该产线的工作将保证大众汽车电池的性能、成本和质量优势,进而掌握从原材料到生产、回收的全价值链技术。
“只有积累自己的经验,才能在发展和市场初期确立技术路线。”在对电池卓越中心的介绍页面上,写着这样一句话,大概可以概括大众汽车对该中心的期待,以及动力电池布局的总体观念。
大众汽车方面介绍,在大众集团的电池战略中,电池卓越中心发挥了关键作用。该中心的主要功能包括集团范围内所有电池产品研发,采购、质量管控等,以确保大众汽车电池和电动汽车的成本优势和核心竞争力。
另外,选择Salzgitter市建设电池卓越中心,对大众汽车电动汽车布局的物流优势也很明显。比如,11月4日,下线大众汽车旗下首款ID.车型纯电动ID.3的德国茨维考工厂,距离Salzgitter市只有300公里路程。
自2017年起,大众汽车集团的电池业务已经逐步向电池卓越中心整合。
“积累自己的经验”,大众汽车对电池卓越中心寄予厚望。正如大众汽车CEO迪斯所说,“长期来看,我们一定不能依赖少数几家亚洲电池供应商。”
电池卓越中心试生产是如何进行的?从官方发布的试生产线素材,我们可以窥见大众汽车对电池研发、质量管控的一些细节。

大众汽车官网介绍,在电池浆料生产环节,对计量精度和环境清洁度的要求极为苛刻,工作人员需要穿着特殊制服;最大压力为200吨的辊压机,辊压厚度的偏差最大不超过4微米,相当于人类头发直径的1/25; 叠片精度达到±0.3 毫米。

电池主料称重、混合,资料来源:大众官网电池主料称重、混合,资料来源:大众官网

石墨涂覆,资料来源:大众官网石墨涂覆,资料来源:大众官网


叠片,资料来源:大众官网叠片,资料来源:大众官网加注电解液,资料来源:大众官网加注电解液,资料来源:大众官网电池信息读取,资料来源:大众官网电池信息读取,资料来源:大众官网

Frank Blome介绍,大众汽车全新电池系统有形似巧克力棒的扁平形状,每套电池系统由数量不同、但基本结构相同的电池模块组成。这种模块化结构十分灵活,车辆需求的续航里程越长,模块数量越多。这样的电池结构设计,能同时提升电动汽车的灵活性和经济性。

大众汽车MEB平台电池系统基本构成,资料来源:大众官网大众汽车MEB平台电池系统基本构成,资料来源:大众官网

大众汽车的电池技术是如何配合其全新的电动汽车平台的?

两大新平台

到目前为止,大众汽车旗下电动汽车的电池系统主要在德国下萨克森州的Braunschweig工厂装配,大众汽车e-Golf和e-up!的电池包就出自这里。
不过,这些老款大众汽车电动汽车的综合续航都不超过300公里,难以适应眼下不少电动汽车用户的出行需求。
MEB平台的出现改变了这一局面。
大众汽车方面宣称,基于MEB平台开发的ID.家族,续航里程在330公里-550公里之间。为实现这个续航要求,大众汽车开发了全新的电池系统,以为消费者提供更多续航选择。
2018年4月, 大众汽车与Braunschweig工厂签订合同,后者每年为其生产的电池包多达50万套,其中相当一部分正是MEB平台的电池包。
值得一提的是,早在2017年,就有外媒报道称,大众汽车正在开发高端电动汽车平台PPE,应用于旗下保时捷、奥迪、宾利等品牌的电动汽车。
大众汽车旗下的MLB、PPE、J1、MEB平台,资料来源:motorauthority.com大众汽车旗下的MLB、PPE、J1、MEB平台,资料来源:motorauthority.com

2018年3月,时任奥迪技术研发总监Peter Mertens确认,未来,保时捷Mission E的生产平台J1和奥迪E-Tron Quattro的生产平台MLB都将被PPE平台替代。不过,大众汽车目前没有公开PPE平台的更多细节,该平台的电池开发、生产等细节信息尚不可知。

值得一提的是,集团层面,2019年1月,大众汽车集团成立独立业务实体Volkswagen Group Components,主要负责集团旗下电动汽车相关零部件开发和生产。
VolkswagenGroup Components下属5个业务领域:动机和铸造零部件、变速箱和电动系统、底盘、座椅、电动出行(E-Mobility),电动出行领域包括电池、充电基础设施、电池回收业务。 

VolkswagenGroup Components的5大业务部门,资料来源:大众官网VolkswagenGroup Components的5大业务部门,资料来源:大众官网

大众汽车方面称,独立成立Volkswagen Group Components,目的之一就是加速Braunschweig工厂的电池生产,顺利实现年产50万套电池系统的目标。

VolkswagenGroup Components为大众ID.3提供的核心零部件,资料来源:大众官网VolkswagenGroup Components为大众ID.3提供的核心零部件,资料来源:大众官网

未来,更多大规模批量供应ID.家族车型的电池,相当一部分将来自大众汽车和Northvolt的合资电池厂——即Frank Blome所说的“超级工厂”。

gigafactory,大众也有

“超级工厂”并非大众汽车独创。
“gigafactory”一词原本是特斯拉为称呼其在美国内华达州工厂生造的词语,字面意思是“能生产以吉瓦时(giga)单位计的电池的工厂”。
两年前,时任大众汽车CEO穆勒公开批评特斯拉“产量低、烧钱快”。如今,大众汽车掌门人迪斯承认特斯拉是“值得尊敬”的对手,又自称要建“gigafactory”,颇有点挑战特斯拉的意思。
巧合的是,Northvolt的创始人团队中,有两名关键成员就来自特斯拉。
6月13日,大众汽车宣布,计划2019年与Northvolt公司以50:50的股比成立合资企业,并在Salzgitter市建设一座初期产能为16GWh的电池工厂。该工厂最早将于2020年开始建设,并于2023年底或2024年初开始,为大众汽车生产电池。
大众汽车对Northvolt的投资额达到9亿欧元,部分资金用于设立合资企业,剩余部分将直接对Northvolt投资,并收购该公司约20%的股份。
为什么大众汽车选择Northvolt,这家成立只有3年的“新势力”?
一方面,Northvolt的朋友圈堪称豪华。除了大众汽车, ABB集团、宝马集团、大众汽车汽车旗下斯堪尼亚集团、西门子、瑞典电力公司Skellefte Kraft、欧洲投资银行、丹麦发电机制造商Vestas、加拿大锂业公司Nemaska Lithium等都是Northvolt的合作伙伴。

Northvolt合作伙伴,资料来源:Northvolt官网Northvolt合作伙伴,资料来源:Northvolt官网

另一方面,Northvolt和大众汽车都极为看重高能量密度电池研发。

大众汽车汽车预测,到2020年,锂电池单体比能量将达到300瓦时/千克,到2025年,这一数值将达到350瓦时/千克。据Frank Blome介绍,Northvolt和大众汽车合资电池厂生产的电池能量密度能达到300瓦时/千克。

大众汽车电池能量密度预测图,资料来源:大众官网大众汽车电池能量密度预测图,资料来源:大众官网

Northvolt对能量密度的追求更激进。
Northvolt首席发展官Yasuo Anno称,Northvolt的电池产品,虽然起步和竞争对手产品的能量密度相当,或者高一点,但到2030年,Northvolt的电池能量密度要比目前翻一番。
目前,Northvolt的量产产品尚未问世,但按照Yasuo Anno的说法,2030年,该公司的电池能量密度可能比大众汽车预测的350瓦时/千克还高。
另外,Northvolt以方形电池为主的封装方式很可能与大众汽车汽车的技术路线契合。
Northvolt开发的第一个方形电池,资料来源:Northvolt官网Northvolt开发的第一个方形电池,资料来源:Northvolt官网
YasuoAnno表示,目前,Northvolt聚焦于开发高能量方形电池,主要用于汽车和储能系统,圆柱电池则主要用于工业设备和消费电子产品。

Northvolt开发的方形和圆柱电池,资料来源:Northvolt官网Northvolt开发的方形和圆柱电池,资料来源:Northvolt官网

大众汽车负责电动出行业务的副总裁Matthew Renna则强调,MEB平台车型将采用软包和/或方形电池,这两种封装方式更灵活,更易于散热。

供应商:曾发断供“威胁”

大众汽车方面介绍,2025年前,大众汽车在亚洲和欧洲的动力电池需求量分别达到150GWh,但目前,欧洲现有的动力电池产能仅有20GWh。因此,和Northvolt合资工厂量产之前,大众汽车对电池供应商的依赖不可避免。
2019年11月13日,大众汽车在美国田纳西州Chattanooga市工厂的扩建动工仪式上,宣布将在该工厂旁修建另一座电池组装厂,该厂组装的正是来自SKI美国新电池厂的电芯。

大众汽车Chattanooga工厂大众汽车Chattanooga工厂

大众汽车和现有供应商签订的长期供货合同,足以满足第一阶段电动汽车需求。根据大众汽车官网消息,目前,大众汽车在欧洲的电池供应商包括LG化学和SKI,中国有宁德时代,美国有SKI。
不过,大众汽车已经或正在接触的电池企业可能远不止这些。
2019年8月23日,彭博社援引消息人士的话称,大众汽车正在寻求入股某(几)家中国电池企业,其中一家是国轩高科;同月,彭博社再次爆料称,奥迪汽车表示正在与比亚迪就动力电池供货一事进行商谈。
对于电池供应商,大众汽车的心情或许是复杂的。
2019年2月,德国媒体Manager Magazin报道称,大众汽车正在和SKI就在欧洲共建电池厂一事谈判,但此时的大众汽车,已经和LG成立了一个特别工作组,以确保电池稳定供应。
据ManagerMagazin消息,LG获知此事后,“威胁”大众汽车汽车称,将在“某种情况下”停止对其供应动力电池。但也有传闻称,大众汽车和LG不和的导火索是前者压价过低,让后者难以接受。
给大众汽车带来麻烦的另一家电池供应商是三星。
2019年5月,彭博社援引知情人士的话称,三星原本同意向大众汽车汽车供应20GWh的电池,但在后期谈判中,双方出现分歧。最终,三星将供货量砍到不足5GWh。
一边是加速自研、自产电池,另一边又密切与亚洲电池企业接触,都是大众汽车迫在眉睫的任务——电动化战略已经确定,核心技术却没有话语权,大众汽车不能允许被供应商“胁迫”断供的事再次发生。

上游:确保原材料供应

避免电池“断供”,不仅要确保电池厂供货,原材料供应也不可缺。
2017年7月,路透社援引消息人士的话称,早在2016年10月,大众汽车就和钴矿巨头Glencore,以及宁德时代签署了一份长达4年的三方供货协议,Glencore向宁德时代出售2万吨钴产品,而大众汽车则会从宁德时代采购电池。

虽然以上三方一直未对该报道置评,但大众汽车方面表示,从矿石开采、原材料加工、电芯生产、组装,到整车装配,大众汽车电池专家有全产业链的考量。尤其是原材料供应方面,大众汽车的采购重点已经从传统的欧洲和中国市场,调整到澳大利亚、刚果、南非和中国。

大众汽车的锂电池全产业链地图,资料来源:大众官网大众汽车的锂电池全产业链地图,资料来源:大众官网 

由于钴矿开采,尤其是刚果的钴矿工厂涉及童工和非法劳工雇佣等社会问题,大众汽车方面强调,小规模、非法开采的钴产品不会进入其供应链。
另外,大众汽车宣称,在下一代动力电池中,钴的含量将显著降低。大众汽车的中期目标是,将目前12%-14%的钴含量降至5%以下,未来,完全无钴的动力电池也有可能实现。

锂产品方面,2019年4月8日,赣锋锂业发布公告称,与大众汽车签署了长期锂供应谅解备忘录,未来十年内,将为大众汽车及其供应商供应锂化工产品。

赣锋锂业给大众汽车供货公告赣锋锂业给大众汽车供货公告 

大众汽车首席采购官Stefan Sommer将这笔交易称作对“大众汽车电动汽车攻势具有关键战略意义”的一步。

大众汽车电动汽车采购部主观Michael Bäcker则表示,与赣锋锂业达成的供货协议,是大众电气化原材料团队(e-Raw Material Team)经过广泛市场分析后达成的。这支团队的核心任务是与原材料行业建立密切联系,确保动力电池价值链(供应)的可持续性。

大众汽车动力电池原材料价值链分析图,资料来源:大众官网大众汽车动力电池原材料价值链分析图,资料来源:大众官网

下游:原材料回收率要达到97%

动力电池回收已提上大众汽车的议事日程。
大众汽车方面介绍,2020年,大众汽车集团将在Salzgitter市建立一座动力电池试点回收工厂。初期,该工厂的年回收能力约为1200吨/年,大约相当于3000辆电动汽车的退役电池量。大规模回收至少要等到2020年末,届时,首批规模化生产的电动汽车电池寿命将达到终点。

目前,大众汽车电池卓越中心的专业正在研究动力电池回收技术。

大众汽车电池回收闭环图,资料来源:大众官网大众汽车电池回收闭环图,资料来源:大众官网

那么,大众汽车的电池是如何回收的?
首先,依据特殊的测试标准,对退役电池进行分析,根据不同测试结果,退役电池或被重复利用,或被分解回收。
重复利用的一个典型场景是快速充电桩。例如,第一批MEB平台电动汽车的电池退役后,部分将为大众可移动式充电桩提供能量。这些充电桩配备了360千瓦时的电池组,每个充电站直流快速充电功率达到100千瓦。

左图为大众退役电池重复利用图,右图为使用退役电池的充电桩,资料来源:大众官网左图为大众退役电池重复利用图,右图为使用退役电池的充电桩,资料来源:大众官网

无法直接利用的电池将在Salzgitter工厂被分解回收。

大众汽车退役电池分解回收图,资料来源:大众官网大众汽车退役电池分解回收图,资料来源:大众官网

首先,将单个电池粉碎,粉碎后的材料进行干燥和筛分,其中提取出的的镍、锰、钴、锂等价值较高的原材料被称为“黑粉末”(black powder),这些材料可以单独分离出来,用于全新电池的生产。

大众汽车方面强调,由于贵金属原材料的采购和处理造价高昂,因此,Salzgitter电池回收工厂只是试点项目,主要目的是培训大众自己的员工掌握电池回收技术。为未来几年,大众将在多地部署更多电池回收厂,不仅有利于环保,也利于提升大众电动汽车生产的经济性。
目前,大众汽车动力电池原材料的回收率约为53%,Salzgitter电池回收工厂建成后,回收率将提升至72%,而大众汽车的长期规划是,原材料回收率达到97%。这样,才能实现大众汽车电动化可持续发展的终极目标。
未来10年,大众汽车将在全球推出75款纯电动车型,近60款混合动力车型;纯电动汽车销量达2600万辆(约2000万辆基于MEB平台生产,约600万辆基于PPE平台生产),混合动力车型销量近600万辆。
从原材料、电芯、系统,到整车、回收,大众汽车全球范围内的动力电池闭环链条初步形成,能否顺利实现如此雄心勃勃的电动汽车规划?
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