續航漲54%、成本降56%：特斯拉五大電池科技揭秘
美國當地時間9月22日，特斯拉舉行了「電池技術日」活動，發布了五大創新技術。馬斯克表示，如果這五大創新技術都能兌現，特斯拉汽車的續航能力將提高54%，成本將下降56%，超級工廠的投資將下降69%。
馬斯克稱，特斯拉有信心在未來三年內生產一輛售價僅為 25000 美元（約合 17 萬人民幣）的電動車，這會是史上最便宜的一輛特斯拉汽車。
值得注意的是，這五大創新技術，包括了全新的「4680」型電池，號稱能量密度提高五倍，動力輸出提高6倍，續航里程可提高16%。
馬斯克稱，新電池已經開始在一家工廠生產，將需要一年時間達到10千兆瓦時的產能。
另外，早在今年4月，馬斯克就表示，今年的電池日活動是「特斯拉歷史上最讓人興奮的日子之一」，預計將於2020年投產一種新型電池，這種電池能夠驅動特斯拉汽車行駛百萬英里，是普通電池包壽命的2-3倍。
據悉，這種電池是一種鋰離子電池，是寧德時代與特斯拉合作生產的，可以使電動汽車持續行駛100萬英里。馬斯克曾在推特上表示，他將會在「電池技術日」活動上詳細介紹一項百萬英里電池項目。
但是，直到此次電池日活動結束，投資者高度期待的「百萬英里電池」依然不見蹤影。特斯拉股價也由上漲5%轉為下跌近7%。
2019年銷輛增長50%，今年有望實現30-40%的銷售增長
特斯拉CEO馬斯克在「電池日」活動上表示，特斯拉耗時15個月建起了上海工廠，期待上海工廠能實現100萬輛汽車/年的產量目標。特斯拉的願望是在全球各大洲都設工廠，除了在中國、美國和歐洲，還希望未來在澳洲也建廠。
馬斯克稱，特斯拉已經在Model S、3、X、Y車型上實現量產。2019年，特斯拉的汽車出貨量增長了50%，儘管處於非常困難的環境，2020年仍可能增長30%到40%。特斯拉去年出貨36.75萬輛，根據馬斯克的以上預測，今年將出貨47.75萬到51.45萬輛，大致符合特斯拉此前公布的今年年度出貨預期水平50萬輛。
馬斯克還提到，特斯拉將在今後約一個月內發布有全自動駕駛選項功能的Autopilot系統測試版。自動駕駛行業的平均事故發生率是每行駛100萬英里發生2.1起事故，如果啟用特斯拉的Autopilot，事故發生率將只有0.3起/百萬英里。
對於此前發布的Cybertruck，馬斯克稱已經收到了超過60萬輛訂單，預計銷量將達到每年25萬到30萬輛。
未來電池需求將達10TWh
隨著特斯拉汽車銷量的持續增長，對於電池的需求也在快速增長。根據預測，特斯拉對於電池的需求將達到10TWh（10,000GWh），其中包括3500GWh緊湊和中型車的電池需求；900GWh的豪華車和SUV；1100GWh皮卡；3000GWh的semi；1500GWh小型車和Robotaxi。
馬斯克稱，目前電池規模化生產的速度不夠快，產量很小。為了讓電動汽車的生產增長速度繼續超過以汽油為動力的汽車，需要降低成本，因此特斯拉計劃，通過更大的圓柱形電池降低每千瓦時的生產成本。
五大創新技術
特斯拉電池技術日發布了五大創新技術，包括：電池設計、電池工廠、正極材料、負極材料、整車電池一體化。
1、電池設計：無極耳電池、46800電池、成本下降14%
馬斯克表示，過去公司已經與合作夥伴一起，完成了一次創新，就是2008年的18650升級到2017年的21700，能量密度增加50%。但是，在未來，特斯拉將會採用全新的無極耳電池。
在原來的電池結構中，電流必須流經極耳才能到達電池單元外部的連接器。但是，當電流必須一直沿著陰極或陽極流到極耳併流出電池單元時，電阻也會隨著距離的增加而相應提高。此外，由於極耳是額外的零件，因此增加了成本。採用無極耳電池，會簡化製造過程，並將減少電阻。
▲圖：無極耳電池
除了無極耳電池之外，特斯拉還將採用46800電池。更大的圓柱電池可以降低成本，最大的挑戰是快充。新電池長度80mm，直徑46mm，能量增加5倍，續航提升16%。量產地點在加州弗里蒙特工廠。
▲圖：46800電池性能
據介紹，採用新的電池設計之後，成本可以下降14%。
▲圖：更大的圓柱電池可以降低成本
▲圖：採用46800電池，成本可降低14%
2、電池工廠：干法電極、生產製程優化、產能目標、成本降低18%
在電池工廠的生產製程方面，目前特斯拉採用的是濕法電極製程，溶劑可以循環利用。不過，馬斯克表示，未來，特斯拉也將採用干法電極製程，這樣做可以簡化工序。目前，特斯拉已經進行了大量實驗，最後能夠實現實際應用。但還沒有十拿九穩的成熟，還不能瘋狂擴大產能。
為了能夠最大可能簡化流程，降低產能投資。特斯拉目標是未來在現在150GWh的工廠空間中能夠容納1TWh產能，使得每GWh產能投資降低75%。
▲圖：產能投資降低
在生產製程優化方面，連續性的加工產出是特斯拉電池工廠的目標，能夠效率最大化，並最大化產出。1條組裝線做到20Gwh，單線產出提升7倍。
在產能目標上，特斯拉計劃2022年達到100GWh產能，2030年3TWh產能。其中2022年的100GWh是與供應商合作之外的完全自產的產能。
▲圖：產能目標
馬斯克表示，在電池工廠環節的技術創新，可以使得成本下降18%。
▲圖：成本可降低18%
3、負極材料：硅負極、成本下降5%
在負極材料創新上，馬斯克表示，硅非常重要，地球上具有很豐富的資源，儲能性能更好。大家不願意用硅，是因為他的膨脹，會與隔膜反應，形成凝膠狀。
對此，特斯拉採用了新的材料來抑制硅膨脹，用覆膜材料先給硅塗膜，原材料處理後可以提升20%的續航里程。
▲圖：特斯拉硅材料處理方式
馬斯克表示，特斯拉在電池硅材料上成本很低，可以做到1.2美金/KWh。
▲圖：特斯拉硅材料成本
得益於負極材料技術上的創新，使得成本可以下降5%。
4、正極材料：無鈷、成本下降12%
在正極（即陰極）材料方面，特斯拉動力系統、能源和工程的高級副總Andrew Baglino稱，硅材料的豐富程度僅次於氧。陰極（Cathodes）就像書架一樣，鋰就是書本身。特斯拉將從陰極上消除鈷，依賴鎳。
▲正極材料成本拆分
特斯拉在實現「無鈷化」的過程中，將分為3步走：
第一步是在正極材料中使用鐵，有很好的循環壽命，應用於部分乘用車，包括一款新車，主打性價比；
第二步是鎳錳材料，比如2/3鎳和1/3錳，應用於主要的乘用車和儲能；第三步到絕對意義上的高鎳，應用於皮卡和卡車。
馬斯克表示，在能源密集型車型（Cybertruck/Semi）中，特斯拉將使用100%鎳支撐，而其他車型將使用鎳與其他化學物質的結合。這確保了大批量生產是可能的。馬斯克再次重申，他希望更多的人開採鎳。
另外，特斯拉將在美國建立正極材料工廠，並將在那裡建立鋰轉換工廠。因為可以減少80%的運輸成本。
馬斯克強調，鋰是一種廣泛可用的資源，是地球上最常見的資源之一。特斯拉已經獲得美中國華達州一個面積1萬英畝土壤含鋰礦的開採權。僅內華達州就足以為美國所有車輛提供電力。
▲圖：在北美建立正極材料工廠
此外，特斯拉還計劃布局上遊資源和電池回收，來降低成本。
特斯拉將在內華達州的一家工廠開始進行電池回收。當前，特斯拉和其他公司依靠第三方提供商提供此回收服務。長期計劃將使特斯拉從舊電池中製造出新電池，從而改善環境影響。
在正極材料技術上的創新以及自建正級材料工廠和進行電池材料回收等舉措，使得成本可以下降12%。
▲圖：正極材料成本拆分
5、電池整車一體化：成本降低7%
未來推動汽車車身一體化結構的設計。同時pack結構需要優化。在新的電池包設計中，用更好的方式粘合，使得結構更加緊湊。
▲圖：pack結構優化
▲圖：車身電池整合設計
馬斯克表示，將把電池直接內置在汽車結構中，這項創新的靈感來自飛機機翼上的油箱。結構電池將減輕車輛的整體重量。這將減少所需零件的總數（減少370個零部件）並加快生產速度。電池與車身更好的結合，可以減重10%，可能能帶來14%的續航增加。這一環節可以降低成本7%。
小結：
馬斯克表示，如果這五部分的創新都能兌現，續航能力將提高54%，成本將下降56%，超級工廠的投資將下降69%。實現部分目標將需要12-18個月，完全實現則需要大約3年。
基於此，馬斯克稱，馬斯克稱，約三年後，特斯拉有信心製造售價2.5萬美元的全自動駕駛汽車。
不過，馬斯克也表示，此次活動所展示的部分技術只是「接近於可用」（close to working）。
這些技術確實能用，但是目前仍然無法大規模生產，特斯拉已在加州設立了一個試驗工廠，來解決目前依然面臨的問題，「前面有很明顯的成功道路，但是目前要達到那裡依然有大量工作要做。」
