特斯拉黑科技！電池成本減半，17萬元的“新車”要來了！

電子發(fā)燒友報(bào)道（文/周凱揚(yáng)）在剛剛結(jié)束的電池日暨投資者大會(huì)上，特斯拉公布了自己在汽車電池上所做出的革新，并對(duì)特斯拉的成果和未來作了簡(jiǎn)要的總結(jié)，同時(shí)開啟了高性能車型Model S Plaid的預(yù)定，這款新車型預(yù)計(jì)將于2021年年末交付。

特斯拉去年在上海建成了一家超級(jí)工廠，特斯拉中國也是國內(nèi)首家新能源汽車外商獨(dú)資企業(yè)，主要用于生產(chǎn)Model Y車型的二期超級(jí)工廠也于今年年初開始搭建。除了上海和美國本土的超級(jí)工廠計(jì)劃外，特斯拉還打算在柏林開設(shè)新的超級(jí)工廠。

特斯拉近三年盈利情況 / 特斯拉

在銷售上，特斯拉也在近四個(gè)季度連續(xù)盈利，盡管受到了一定疫情影響，特斯拉還是在今年Q2季度實(shí)現(xiàn)了3.27億美元的營收，在過去一年內(nèi)的全球汽車交付量的增長(zhǎng)上更是遠(yuǎn)超其他公司。

業(yè)界近一年來的交付量增長(zhǎng) / 特斯拉

本次會(huì)議上，Elon Musk提到隨著自動(dòng)駕駛的要求不斷提高，特斯拉目前的自動(dòng)駕駛發(fā)展出現(xiàn)了瓶頸。于是特斯拉開發(fā)團(tuán)隊(duì)重寫了整個(gè)自動(dòng)駕駛功能的軟件棧，采用全新的3D視頻標(biāo)注系統(tǒng)，與之前的單張2D圖像標(biāo)注存在很大差異。Musk補(bǔ)充道，該系統(tǒng)將會(huì)標(biāo)注一整段視頻，同時(shí)調(diào)用車身上的八個(gè)攝像頭，大幅提高車輛神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的復(fù)雜度和整體邏輯。新版的自動(dòng)駕駛軟件將于一個(gè)月左右后開始封閉測(cè)試，未來將推送給廣大車主。

然而，本次會(huì)議的重頭戲還是特斯拉在新能源汽車電池上所做的創(chuàng)新。傳統(tǒng)的汽車電源面臨著兩大挑戰(zhàn)：1.受制于材料、生產(chǎn)和人力成本的限制，電源工廠難以迅速擴(kuò)大規(guī)模；2.降低電池成本（$/kWh）困難。特斯拉高級(jí)副總裁Andrew Baglino表示，借助全新的電池方案，車輛續(xù)航里程將提高54%，電池成本降低56%，工廠投資成本降低69%。那么要如何實(shí)現(xiàn)這般可觀的提升呢？特斯拉給出了5個(gè)辦法。

全新的電池結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)（續(xù)航提升16%，成本降低14%）

傳統(tǒng)圓柱鋰電池設(shè)計(jì) / 特斯拉

從2008年的18650電池到2017年的21700電池，電池能量提升了50%。特斯拉在本次大會(huì)上公布了46mm x 80mm 規(guī)格的圓柱鋰電池。傳統(tǒng)圓柱鋰電池內(nèi)部一般由極耳（tab）和極柱（jellyroll）組成，而特斯拉的全新電池結(jié)構(gòu)采用了tabless的無極耳設(shè)計(jì)。這是因?yàn)榇篌w積的鋰電池面臨著充電時(shí)間長(zhǎng)的挑戰(zhàn)，而特斯拉的無極耳設(shè)計(jì)可以在保證大外徑的情況下，做到穩(wěn)定的充電時(shí)長(zhǎng)。

無極耳鋰電池結(jié)構(gòu)示意圖 / 特斯拉

新結(jié)構(gòu)可以做到更簡(jiǎn)單的生產(chǎn)流程、更少的零件數(shù)和更短的路徑，單節(jié)鋰電池實(shí)現(xiàn)5倍的能量，6倍的功率，進(jìn)而提高16%的續(xù)航里程數(shù)，這還只是結(jié)構(gòu)上帶來的提升。大會(huì)現(xiàn)場(chǎng)旁的費(fèi)利蒙工廠已經(jīng)在加速生產(chǎn)新型電池，未來的德國柏林工廠也將投入該電池的生產(chǎn)，但目前該電池工藝仍處于試驗(yàn)生產(chǎn)階段。

電池工廠改良（成本降低18%）

電池的工序流程 / 特斯拉

一節(jié)圓柱鋰電池的工序基本分為四步，從電極成型到卷繞，再到裝配和化成。而特斯拉打算在工廠自動(dòng)化和高速化上更進(jìn)一步，所以做出了一些改良。首先是電極涂層的制作工藝，與目前常用的“濕法”工藝相比，特斯拉的“干法”工藝可以減少90%的生產(chǎn)空間和能耗成本，直接將混合后的粉末壓制成薄膜，省掉溶劑回收的步驟，略去體積龐大的干燥爐。

“干法”涂層工藝 / 特斯拉

特斯拉也對(duì)裝配線和化成進(jìn)行了改良。利用全新的儀器實(shí)現(xiàn)高速連續(xù)運(yùn)作的裝配線后，一條裝配線可以做到20GWh的產(chǎn)能輸出，這是過去的7倍。傳統(tǒng)電池工廠中，化成往往占據(jù)了1/4的投資成本，但對(duì)電池的充放電驗(yàn)證過程仍是單獨(dú)進(jìn)行的，而特斯拉打造的全新化成設(shè)備可以同時(shí)對(duì)上千電池進(jìn)行充放電，降低了86%的成本投入，減少了75%的空間占用。這對(duì)特斯拉從150GWh的Giga工廠進(jìn)化至1TWh的Tera工廠提供了相當(dāng)大的助力，特斯拉也計(jì)劃在2020實(shí)現(xiàn)100GWh的產(chǎn)能，在2030年實(shí)現(xiàn)3TWh的產(chǎn)能。

陽極材料（續(xù)航提升20%，成本降低5%）

硅材料處理 / 特斯拉

鑒于硅材料的低成本，以及與鋰和石墨相比高出9倍的產(chǎn)量，特斯拉決定采用它作為陽極材料。但現(xiàn)有的硅技術(shù)都要求高度工程化的昂貴材料，比如氧化硅（6.6$/KWh）、石墨-硅（10.2$/KWh）和硅納米線（>100$/KWh）等。而特斯拉則利用原始的硅材料，通過彈性導(dǎo)電的聚合物涂層來制作陽極材料。僅這項(xiàng)改動(dòng)可再度提升20%的里程數(shù)，同時(shí)做到極低的材料成本（1.2$/KWh）。

負(fù)極材料（續(xù)航提升4%，成本降低12%）

特斯拉在描述負(fù)極材料時(shí)用了一個(gè)生動(dòng)的比喻，如果說鎳、鈷、錳和鋁等混合金屬是書架的話，那么鋰離子就是其中的書，而這個(gè)書架的容量和穩(wěn)定性就是負(fù)極材料所需要考慮的因素。但對(duì)廠商和顧客來說，材料成本同樣至關(guān)重要。如下圖所示，從能量密度和成本上來看，鎳是最為合適的負(fù)極材料，這也是特斯拉所設(shè)定的改良路線。

常用負(fù)極金屬材料的能量密度和成本對(duì)比 / 特斯拉

特斯拉在新的電池負(fù)極材料中完全剔除了鈷，將鎳的占比最大化，并采用了新型涂層和摻雜劑，使得負(fù)極材料的成本降低了15%。但特斯拉也將針對(duì)不同的應(yīng)用場(chǎng)景來定義負(fù)極材料的組成，鐵作為中端應(yīng)用，鎳錳合金作為中高端應(yīng)用，高鎳占比的負(fù)極材料用于Cybertruck和Semi等長(zhǎng)里程應(yīng)用。這其中還運(yùn)用了優(yōu)化后的負(fù)極材料制造工序，通過減少原材料處理和多數(shù)制造步驟，特斯拉成功將成本降低66%，制造費(fèi)用降低76%，同時(shí)實(shí)現(xiàn)零廢水。而面對(duì)鋰的高需求量，特斯拉也已在內(nèi)華達(dá)中選址建立電池工廠，充分利用當(dāng)?shù)氐匿囐Y源。

電池與車輛集成（續(xù)航提升14%，成本減少7%）

特斯拉為了改善鑄件工藝，在費(fèi)利蒙市工廠建造了超大型鑄造機(jī)器，在Model Y這款車型的生產(chǎn)上中，后底板成本節(jié)約了40%，每輛車減少了79個(gè)零件。

車身+電池結(jié)構(gòu)化設(shè)計(jì) / 特斯拉

在航天飛機(jī)中的動(dòng)力系統(tǒng)中所做出的突破就是將燃料箱做成翼狀，從而將燃料也作為一個(gè)結(jié)構(gòu)整體，而不單單只是貨物。特斯拉也采用了同樣的思路，通過車身+電池結(jié)構(gòu)進(jìn)行工程化改造，結(jié)構(gòu)化的電池不僅提升了電池密度，更是可以做到重量減少10%，零件數(shù)減少370件，同時(shí)提供了14%的續(xù)航提升空間。

小結(jié)

綜上所述，不難看出特斯拉在電池方向上的戰(zhàn)略就是低成本、高續(xù)航和可持續(xù)。通過一系列降低成本的舉措，Elon Musk稱特斯拉有信心在三年內(nèi)推出25000美元價(jià)位的新能源純電動(dòng)車。

業(yè)界與特斯拉的電池成本預(yù)測(cè)曲線 / 特斯拉

這套全新的電池方案雖然優(yōu)勢(shì)滿滿，但目前仍在試驗(yàn)試產(chǎn)階段，特斯拉高級(jí)副總裁Andrew Baglino認(rèn)為充分利用這些優(yōu)勢(shì)大概需要三年時(shí)間。盡管特斯拉開始加大自研自產(chǎn)的汽車電池比例，但這對(duì)寧德時(shí)代等電池供應(yīng)商來說也是一個(gè)機(jī)會(huì)。Elon Musk于電池日前一天在推特上提到，為了使電池供應(yīng)速度達(dá)到最快，特斯拉會(huì)加大從松下、LG和寧德時(shí)代等電池供應(yīng)商的購買量，但仍預(yù)見2022及之后會(huì)出現(xiàn)電池缺貨的情況，所以他們才打算自己投入電池的生產(chǎn)。從這些年汽車行業(yè)的發(fā)展來看，特斯拉也許不會(huì)一直保持性能、續(xù)航和自動(dòng)駕駛等參數(shù)上的霸主地位，但它一直都充當(dāng)著行業(yè)推動(dòng)者的角色，此番在汽車電池技術(shù)上的突破，勢(shì)必會(huì)加速新能源汽車的價(jià)格下調(diào)。

聲明：本文由電子發(fā)燒友原創(chuàng)，如需轉(zhuǎn)載和入群交流，請(qǐng)?zhí)砑游⑿舉lecfans999，投稿爆料采訪需求，請(qǐng)發(fā)郵箱huangjingjing@elecfans.com。