“车辆续航里程提升54%，成本下降56%，电池GWh单位投资成本降低69%。”
数据是不是很惊人？这是特斯拉电池日上，马斯克给出的新电池技术应用后，可以实现的目标。北京时间9月23日，推迟半年之久的“特斯拉电池日”，终于在特斯拉美国弗里蒙特超级工厂举行。特斯拉CEO马斯克和动力总成和能源工程高级副总裁Drew Baglino一起主持了这场电池日发布会。电池日上，马斯克主要发布了一款全新规格的圆柱电芯——4680（46 毫米直径，80 毫米高度）。马斯克称之为“最低成本的外形规格”，以及两款新车。此外，马斯克还介绍了特斯拉在电芯设计、电芯工厂、正极材料、负极材料和整车等环节的技术创新，以期达到上述续航和成本目标。不过在业内某电池专家看来，这些技术并不亮眼，直接指出特斯拉给出的“功率和能量概念都是不对的，只有成本和续驶里程靠点谱”。该专家坦言：“特斯拉讲讲无人驾驶还可以。”言外之意，电池还是算了。具体来看下，特斯拉让业内人士瞩目许久的“黑科技”都是啥？在使用18650和21700后，马斯克认为，电池尺寸有必要再升级。他要寻找电池尺寸和成本的最佳平衡点。马斯克的最新答案是：4680。相比2170电池，它增加了5倍的能量，提升了16％的续驶里程和6倍的功率。根据马斯克给出的数据，4680电池仅仅是外形因素的改变，就能将每千瓦时的成本降低14%。马斯克称之为“最低成本的外形规格”。根据马斯克介绍，新电芯已经在生产中，而且每个组件都在“高速连续运动”。Baglino将其比作具有交通信号灯和十字路口的高速公路而不是城市道路。每条新生产线将能够生产20 GWh，产量相较传统电池，提高了7倍。这样一来，整间工厂里很容实现 TWh 级别的产能。特斯拉的目标在 2022 年达到100GWh 产能，2030 年达到3 TWh，整体成本下降 18%。这个电芯将主要用于Semi卡车、Cybertruck和新一代的Roadster跑车上。值得注意的是，特斯拉只专注于外形尺寸，并未透露出能量密度的改善。无极耳的设计将使得电子的行进路径更短，解决了增加电池直径带来的其中一个大问题。无极耳也使电池模组更容易更快并且连续地生产。所谓无极耳电池，通过激光技术将传统电池凸起的极耳结构去掉，导电涂层直接与电池端盖接触，缩小电流移动的距离，并降低内阻。特斯拉称内阻可以降至原来的1/5。![]()
4680电芯无极耳
2020年5月，特斯拉正式披露“无极耳”电池专利，其核心设计理念是通过正负极集流体与盖板／壳体直接连接，成倍增大电流传导面积、缩短电流传导距离，从而大幅降低电池内阻，减少发热量延长电池寿命，并提高充放电峰值功率；并通过优化电池结构件、简化电池生产工艺流程等，提升电池标准化生产能力、降低电池成本。此外，无极耳电极中的导电涂层与电池端盖的有效接触面积达到100%，使得散热能力提升，也解决了电池过大容易发热的问题。根据之前对特斯拉电池日的预测，干电极也会是其一项重要技术，但是目前看其离量产尚有距离。传统电池制作工艺，需要将材料粉末放入溶液中，再进行干燥和压成膜。特斯拉表示自己正在尝试全新的制作工艺，彻底跳过加入溶液的步骤，直接用粉末擀磨成薄膜，也就是干电极。这一加工过程的工艺难度极大。但好处是采用这一技术后，电池生产流程减少，速度能够提升。据马斯克介绍，目前这项技术已经接近成功，可以满足少量的试生产，但还不具备量产能力。如果成功，将带来 18% 的成本降低。特斯拉具备这一技术能力，是因为早前对Maxwell公司的收购。该公司在干电极生产上，有很深的造诣。目前动力电池负极多采用石墨。其实硅是更为理想的材料，因为硅基材料相比碳容量更大，但是由于硅基材料充电后会膨胀，循环性要差很多。为了平衡成本和性能，特斯拉使用最原始的硅材料，不经任何加工，直接运到电池工厂制作电芯负极材料，并通过增加弹性的离子聚合物涂层以稳定硅表面结构，提升电芯稳定性和安全性。根据特斯拉方面的描述，生硅负极成本将低至1.2美元/KWh。![]()
负极上覆膜以稳定结构
特斯拉提供的一组数字显示，该技术可增加20%的续航里程，同时成本降低5%。在电池正极上，特斯拉继续高镍低钴路线，提出改良金属成分配比，最终目标是彻底移除钴。正极材料对提升能量密度至关重要，因此特斯拉开发出不含钴的高镍正极材料，最大化提升镍含量，同时采用新的涂层与掺杂物，将正极成本下降15%。第一种是在正极材料中使用铁，也就是磷酸铁锂电池，应用于部分乘用车；第二种是使用镍锰材料，比如2/3镍和1/3锰，应用于主要的乘用车和储能；第三种，含量为100%镍电池，应用于能源密集型车型(Cybertruck/Semi)中。根据特斯的数据，正极技术配合其他电池技术，使4680的成本降低了37％。![]()
在干电极、生硅制作负极之外，正极材料中，特斯拉采用无硫锂生产技术，预计使得锂成本下降33%。马斯克强调，锂是一种广泛可用的资源，是地球上最常见的资源之一。仅内华达州就足以为美国所有车辆提供电力。公司已经获得美国内华达州一个锂矿的开采权，并将在那里建立锂转换工厂。
此外，在正极材料总成本中，加工过程占比高达35%，太多繁琐，还会产生大量的废水和副产品。
马斯克和Baglino声称，特斯拉重新设计了整个生产过程。特斯拉的新工艺可以减少66%的生产成本投入和76%的处理成本，最重要的是零废水。![]()
通过这些改进，马斯克相信他的新工厂可以比目前的电池生产设施小十倍。![]()
例如，特斯拉已将化成投资减少了86％，化成足迹减少了75％。化成是对电池进行初始充电和放电以产生固体电解质中间相（SEI）的过程。除了对电池工艺进行革新，特斯拉对整车结构也进行了调整——将电池直接集成到底盘框架中。这意味着电动车可以装更多电池，续航也为随之提升，甚至可能突破 1000 公里。马斯克表示，将把电池直接内置在汽车结构中，这项创新的灵感来自飞机机翼上的油箱。结构电池将减轻车辆的整体重量。而且最重要的是，这还将使每千瓦时的成本降低7％。最后的车体整合环节，特斯拉发明了新的铝合金材料，可以支撑车尾组件整体压铸。这种新的铝合金必须具有很高的可铸造性，高强度且不易于溃缩，否则就会导致大型铸件变形。特斯拉拥有全球最大的铝材铸压机，来完成其铸造车尾。一体铸造的方式，可以为特斯拉降低40%的底盘压铸成本，同时节省79个零部件。特斯拉现在在弗里蒙特铸造的是汽车的前部和后部，中间则是由电池组来补充。考虑到这将是汽车结构的一部分，因此无法像当前的电池组一样更换。马斯克将其称为“结构电池”。此外，特斯拉通过改良电池组结构，移除了单个电池单元之间的多余材料，可以提升14%的续驶里程，减少了 370 个零件。![]()
马斯克还说，即使是敞篷车，这种结构也比现在的任何汽车都坚固。这意味着对汽车乘员的安全性和动态行为的改善。特斯拉的“结构电池”与之前宁德时代提出的CTC（Cell to Chassis）的思路有相近之处。比亚迪刀片电池承担底盘受力，也是类似逻辑。他们也都有同一个后果值得注意，就是几乎不可能更换旧电池或有故障的电池。如果电池是汽车结构的一部分，那就要使电池的使用寿命与汽车本身一样长才行。同时特斯拉还建立了电池回收体系，回收各种贵金属重复使用。通过系统性的组合创新，特斯拉每千瓦时电池成本降低56%，续航里程提升54%，投资生产成本下降69%。![]()
基于显著下降的生产成本，马斯克表示，特斯拉有信心在三年内开发出一款价格为2.5万美元左右的全自动驾驶的电动汽车。马斯克希望该车每年生产大约2000万辆汽车，当然，这需要可能1-3年的时间才能实现。此外，特斯拉还发布了Model S Plaid，现在就可以(在美国)接受预订，交付日期定于2021年底。这将是特斯拉至今为止续航里程最长的车型，超过520英里（836公里）。该车型性能达到了跑车水平，可在不到2秒的时间里加速至160英里/每小时。该车型普通版售价为89,490美元，三电机版售价为134,490美元。马斯克甚至不满足于电池自供：“特斯拉可能会超额生产电池，并向其他汽车厂商供应电池。”不过，特斯拉需要用时约18个月才能形成以上优势，而要彻底实现则需花费约三年时间。马斯克雄心勃勃，称“特斯拉的目标是成为地球上最好的制造商。”但是，对于吊足大家胃口的特斯拉电池技术秀，投资者似乎并不买账，特斯拉股价在22日盘后交易中下跌了约6％。（完）----推荐活动----
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