为何特斯拉要自研电池？【钜大锂电】

特斯拉的电池日又跳票了。

最近的一次，特斯拉官网宣布电池日＆2020年年度股东大会推迟到九月二十二日举办，比特斯拉CEOElonMusk之前公布的九月十五日又推迟一周。

电池日之所以重要，是因为特斯拉会在电池日公布会上全面回顾过去十多年来在电机、电控和电池领域的关键技术路线和决策，公布下一个十年的技术战略。

其中的一个核心关注点，就是特斯拉的自研电池计划。今天我们试图去回答，特斯拉的自研电池会怎么做、在哪儿做和为何这么做。

How–怎么做？

在特斯拉出手之前，我国领先的动力锂电池制造商宁德时代和比亚迪分别「秀」出了在电化学领域的创新：

宁德时代是我国首家商业化NCM811电池的动力锂电池公司。从镍钴锰材料占比1:1:1到422、523、622一直到811，关于动力锂电池正负极、电解液材料配方的改进，我们暂且简称为化学创新。

比亚迪改进了电池的正负极结构与电芯形态，将「刀片电池」商业化。和特斯拉从18650电池（直径18mm，高65mm）升级到2170电池（直径21mm，高70mm）类似，我们把这种电芯、模组和电池包的尺寸、结构的改进，简称为物理创新。

那么特斯拉呢？过去4年来，特斯拉成功将镍钴铝比例为9:0.5:0.5的2170电芯集成业内首个大模组方法，搭载在Model3上商业化。这是特斯拉同时改进电池材料配方和尺寸形态，综合化学创新与物理创新于一体的一次成功尝试。

关于接下来的自研电池，特斯拉延续了在物理与化学两大方向同时发力的策略。

先说物理工艺的创新，汽车的动力锂电池分为电芯、模组和电池包（由电芯组成模组，再由模组组成电池包）三大部分。在自研电池项目上，特斯拉对上述三大部分都做了激进的改进。

电芯

2020年五月七日，特斯拉公开了一项名为「无极耳电极的电芯」的专利。专利第一作者为特斯拉电芯工艺首席工程师KunioTsuruta，Elon评论说，这个专利「远比听起来更重要」。

极耳是什么东西？

我们都了解，电池有正极和负极，极耳就是从电芯中将正极和负极引出来的金属导体，正负两极进行充放电时的接触点，就是极耳。简单来说，极耳是电池结构的一部分。

特斯拉在专利中认为，极耳的存在导致了更高的内阻，出现了更多的热量。在高倍率充放电时，电池的表面温度会快速上升。

此外，由于极耳是独立的零部件，也新增了额外的制造成本，提高了制造难度。

特斯拉提出的无极耳电极设计，移除了电池传统意义上的「极耳」。根据专利，无极耳设计的电池内阻将降到传统电池内阻的20%-5%。

以特斯拉Model3为例，额定80.5kWh的电池包峰值充电功率达到250kW，充电倍率为250/80.5≈3.1C。

但假如看下图我们就会发现，Model3的充电曲线是「一鼓作气，再而衰，三而竭」的，一旦电池容量超过了20%，250kW就很难维持，开始往下掉。

特斯拉降低充电功率的核心原因之一，在于250kW的快充会出现巨大的热量。为了防止电池出现不可逆的损伤，系统会主动降低功率。但关于用户来说，这使得充电的时间变长，充电体验变差了。

当特斯拉的无极耳电极设计的自研电芯投产后，由于内阻极大的降低，250kW的快充只要稳定10分钟，即可为Model3长续航版充入超过50%的电量。这会进一步改善快充体验，追赶燃油车加油的便利性。

模组＆电池包

在模组与电池包的设计上，特斯拉也有新动作。

2020年一月，Elon接受播客ThirdRowTesla采访时，回顾了特斯拉电芯、模组和电池包的历史。

电芯、模组和电池包的设计形式要追溯到初代Roadster时代，Roadster电池包里有16个模组。最初的设计动机是，假如某个模组故障，特斯拉可以轻松地用另一个模组替换。

Thereasontherewerecells,modules,andpacksgoesbacktotheoriginalRoadsterdays,TheoriginalreasonwhytheRoadsterpackhadlike16moduleswasthatifoneofthemdidntwork,youcouldpullitoutandputanotheronein.

简单来说，彼时特斯拉的工程技术能力并不成熟，从故障率和易于维修的角度出发，特斯拉采用了模组设计。

ModelS/X延续了这一设计，但来到Model3时代，特斯拉用4条两米长的大模组取代了之前的十几个模组，并将电池包与车身底盘高度集成。

这是汽车行业第一个将动力锂电池去模组化，直接由电芯集成到电池包的尝试，也是某种程度上宁德时代CTP技术的雏形。

Elon评论Model3电池包表示，虽然事实意义上Model3存在4个大模组，但Model3的模组实际上是无法更换的，电池故障只能整包更换。换句话说，这里的模组是无意义的存在。

而谈到下一步规划时，Elon表示Youdontreallyneedmodulesinmyview.Justtakecellsandputtheminapack.（在我看来模组没有意义，直接将电芯集成到电池包即可）。

七月十一日，一位网友询问特斯拉会坚持模组设计还是直接电芯集成到电池包，Elon没有正面回答。但根据他之前的表态，答案是显而易见的。

另外一个小彩蛋是，2006年，特斯拉曾开创了使用超声焊（wirebonding）技术将电芯连接成电池包的技术路线，简化了生产工艺，提升了制造效率；在2020年自研的电池包上，特斯拉将用激光焊接（laser-welded）取代超声焊，进一步提升加工精度，提高制造效率。

那么在化学领域，特斯拉又做了什么改进呢？

在特斯拉Q1的财报会议上，Elon是这么回答的：

Wedon'twanttopre-emptBatteryDay.Wewanttoleavetheexcitingnewsforthatday,buttherewillbealotofexcitingnewstotell.AndIthinkitwouldbeoneofthemostexcitingdaysinTesla'shistory.

我们不想剧透电池日，我们希望将振奋人心的消息留到那天。我们有很多振奋人心的消息要分享。我认为那将是特斯拉历史上最激动人心的一天。

在电池日的信息方面，Elon表现得很反常。在此之前，无论是Model3公布会还是自动驾驶日，Elon都会忍不住提前剧透。但来到电池日，特斯拉首席大嘴巴居然守口如瓶。

不过，我们还是可以捕捉到一些未经证实的细节，特斯拉的自研电池离不开两大关联方：与特斯拉合作电化学研究五年的加拿大达尔豪斯大学教授JeffDahn及其团队、特斯拉收购的干电极制造公司Maxwell。

与之对应，特斯拉自研电池的内部项目指标是：全生命周期循环寿命超过160万公里、单位电池成本降至100美金/KWh以下。

至于更具体的信息，也许我们真的要等到九月二十二日电池日当天了。

Where-在哪儿做？

文章开头有一个问题没解释：特斯拉原计划Q2初召开的电池日，为何一路推迟到了Q3末？

答案是疫情。

可苹果的WWDC都线上召开了，特斯拉电池日不能线上开吗？

ElonMusk说：真不行。

电池日还会有电芯生产系统的参观环节，这是线上直播做不到的，而线下的大型集会与疫情的控制是强相关的。

从这个角度说，九月二十二日这个时间也只是暂定。不过，有一点是100%确定的：地点在加州Fremont市。