馬斯克：17萬(wàn)的特斯拉將會(huì)怎樣煉成？

　　【太平洋汽車網(wǎng) 行業(yè)頻道】在剛剛過(guò)去的特斯拉電池日上最讓人印象深刻的是什么？全新的4680無(wú)極耳電池？售價(jià)僅2.5萬(wàn)美元的全新入門級(jí)車型？還是酷似汽車總動(dòng)員般的發(fā)布會(huì)現(xiàn)場(chǎng)？對(duì)我而言，是馬斯克描繪的未來(lái)電動(dòng)汽車性能提升和價(jià)格下沉的美好藍(lán)圖：續(xù)航提升54%，成本下降56%。這不是一項(xiàng)技術(shù)的突破能夠取得驚人飛躍，而是特斯拉基于對(duì)電動(dòng)車從原材料、生產(chǎn)工藝、制作流程等全產(chǎn)業(yè)鏈的深刻思考與優(yōu)化推演的結(jié)果。關(guān)于特斯拉電池日上提及的完整信息我們會(huì)在第2頁(yè)予以展示，在文章前半部分，我們先來(lái)看看造夢(mèng)人馬斯克描繪的這幅美好夢(mèng)想，畢竟馬斯克做的那些看似遙遠(yuǎn)的夢(mèng)，他都一一搬進(jìn)了現(xiàn)實(shí)。

　　馬斯克是一個(gè)真正的實(shí)干派，他最著名的狂人夢(mèng)應(yīng)該要數(shù)計(jì)劃移民火星了。在這么癲狂的夢(mèng)想下，SpaceX誕生了，甚至已經(jīng)成功對(duì)接了國(guó)際空間站。而“地下高速”、人腦植入芯片這樣的瘋狂想法，也一一走進(jìn)了現(xiàn)實(shí)。馬斯克想造電動(dòng)車，特斯拉成功的沖擊了整個(gè)汽車行業(yè)。當(dāng)大家都以為特斯拉已經(jīng)很牛X時(shí)，他想得卻顯然更多。這次的特斯拉電池日讓大家看到，馬斯克研究了電動(dòng)車涉及的每一個(gè)環(huán)節(jié)，并且全部要優(yōu)化，甚至推倒重來(lái)，目的只是造出更便宜更實(shí)用的電動(dòng)車。

　　特斯拉對(duì)電動(dòng)車產(chǎn)業(yè)鏈的深耕已經(jīng)觸及到了最底層的環(huán)節(jié)——挖礦。鋰作為電動(dòng)車動(dòng)力電池最核心的元素，需求量十分龐大，而特斯拉要做的就是從鋰的開(kāi)采入手降低成本。

　　鋰元素在地球上的儲(chǔ)量十分巨大且分布廣闊，目前已知有150多種含鋰的礦產(chǎn)。目前全球鋰產(chǎn)量最高的是智利和澳大利亞，美國(guó)鋰資源分布僅占全球儲(chǔ)量的3.5%，而目前產(chǎn)量全球的2%。不過(guò)馬斯克在電池日上表示，僅美國(guó)的鋰資源，就足以將全美國(guó)所有的汽車全部換成電動(dòng)汽車了。

　　特斯拉接下來(lái)要做的是建立本地化的鋰供應(yīng)鏈，這樣可以節(jié)省80%的運(yùn)輸里程。馬斯克透露目前特斯拉已經(jīng)獲得在內(nèi)華達(dá)州面積1萬(wàn)英畝的鋰礦開(kāi)采權(quán)，特斯拉將會(huì)采用一種全新的開(kāi)采方式和流程來(lái)降低成本以及對(duì)環(huán)境的影響。

　　雖然沒(méi)有透露詳細(xì)的技術(shù)細(xì)節(jié)，不過(guò)馬斯克表示特斯拉的開(kāi)采方式是通過(guò)一種鹽與水直接將礦產(chǎn)中的鋰離子提取出來(lái)，可以直接用于動(dòng)力電池的生產(chǎn)，這是一種前所未有的開(kāi)采方式。馬斯克簡(jiǎn)單將開(kāi)采過(guò)程描述為：挖一塊土，提取出其中的鋰離子，再把土放回原位，可以把對(duì)環(huán)境的影響降到最低。

　　相比對(duì)材料最源頭的控制，從工廠的工藝入手簡(jiǎn)單有效的多，畢竟特斯拉也不可能掌握全部原始礦產(chǎn)的開(kāi)采，更多還要依賴合作伙伴的供給。

　　在特斯拉電池日上，馬斯克稱特斯拉動(dòng)力電池超級(jí)工廠從工業(yè)革命以來(lái)各行各業(yè)工廠流水線汲取靈感以便簡(jiǎn)化生產(chǎn)流程，擴(kuò)大生產(chǎn)規(guī)模。電極的卷軸等工藝還借鑒了印染等工廠的流水線工藝。

　　在電極的生產(chǎn)中，首先對(duì)電極原材料的粉末進(jìn)行濕法處理，然后壓制成膜形成干電極。在這一道工序中，特斯拉電池超級(jí)工廠相比傳統(tǒng)工藝簡(jiǎn)化了10倍的操作流程。而簡(jiǎn)化流程背后是最精簡(jiǎn)工藝技術(shù)的運(yùn)用。

　　依托于特斯拉對(duì)動(dòng)力電池的海量需求，電芯工廠在組裝環(huán)節(jié)保持連續(xù)不間斷運(yùn)轉(zhuǎn)以提高效率。就像開(kāi)車上路，無(wú)需停車永遠(yuǎn)是最高效的。特斯拉組裝工序中單條生產(chǎn)線產(chǎn)量可達(dá)到20GWh，單線產(chǎn)量提高了7倍。

　　在工廠的建設(shè)中，特斯拉機(jī)械團(tuán)隊(duì)的創(chuàng)新發(fā)揮了重要的作用，他們優(yōu)化了整個(gè)工廠設(shè)備的協(xié)同，讓工廠能夠更加一體化的運(yùn)轉(zhuǎn)。其實(shí)可以看出，特斯拉做出的各種工藝的調(diào)整和優(yōu)化是在建立在大投入的基礎(chǔ)上，優(yōu)先考慮長(zhǎng)線的利益和長(zhǎng)期的競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)。

　　在電芯定型環(huán)節(jié)，特斯拉摒棄了傳統(tǒng)的單個(gè)電芯定型的模式，而是運(yùn)用更智能的通過(guò)電子系統(tǒng)批量操作，僅這一個(gè)環(huán)節(jié)就可以節(jié)約節(jié)省75%的工序和86%的成本。

　　通過(guò)工藝的優(yōu)化，特斯拉超級(jí)工廠每GWh可以節(jié)省75%的成本，可以在更小的空間做出更多的電池。馬斯克表示，幾年前他認(rèn)為這樣的空間只能做到150GWh，現(xiàn)在能做到1TWh，這是當(dāng)初不敢想象的。

　　按照特斯拉的規(guī)劃，特斯拉自產(chǎn)的電池到2022年實(shí)現(xiàn)年產(chǎn)100GWh，2030年將實(shí)現(xiàn)年產(chǎn)3TWh。此外，特斯拉還將繼續(xù)保持與松下、LG以及寧德時(shí)代的合作，未來(lái)還可能有新的合作伙伴。

　　僅通過(guò)在對(duì)工廠工藝的優(yōu)化，特斯拉可以節(jié)約成本18%，節(jié)約投資34%。

　　特斯拉早期使用的是1865（18650）規(guī)格的電芯，這是一種最常見(jiàn)的電芯，包括攝像機(jī)等電子設(shè)備也都用這個(gè)過(guò)個(gè)的電池。2017年更換為更大的2170（21700），這次提升使得單電芯能量提升了50%。

　　其實(shí)很好理解更大尺寸的電芯可以容納更多的電量。根據(jù)公開(kāi)數(shù)據(jù)，柱形電芯直徑增加一倍，每Wh所需電池?cái)?shù)量可減少到原來(lái)的1/4。同時(shí)電芯外殼面積減少約48%，相應(yīng)的零部件以及生產(chǎn)環(huán)節(jié)對(duì)應(yīng)的工藝流程也能減少，成本可以大幅降低。

　　但是電芯尺寸的增加也意味著更大的內(nèi)阻和更大的發(fā)熱量，散熱問(wèn)題將難以解決，這其中就需要找到更好的平衡點(diǎn)。而提升這個(gè)平衡點(diǎn)的方法就是減小內(nèi)阻，減少發(fā)熱。

　　特斯拉找到的切入點(diǎn)是電池的極耳。極耳是從電芯中將正負(fù)極引出來(lái)的金屬導(dǎo)電體，是鋰離子聚合物電池不可或缺是一部分。不過(guò)特斯拉通過(guò)激光技術(shù)改進(jìn)工藝，成功擺脫了對(duì)極耳的依賴。

　　無(wú)極耳電池內(nèi)電子路徑變得更短，順利的降低了內(nèi)阻和發(fā)熱量，特斯拉也成功的制造出了尺寸更大的4680電芯。同時(shí)取消極耳還減少了電芯零部件，簡(jiǎn)化了制造過(guò)程。同時(shí)省去了極耳填充絕緣材料的工序，提升了生產(chǎn)速率。

　　根據(jù)公開(kāi)資料數(shù)據(jù)，無(wú)極耳電芯可以有效降低電池約13%的內(nèi)阻，解決電池發(fā)熱問(wèn)題的同時(shí)還可以縮短充電時(shí)間。無(wú)極耳電芯可以在10 分鐘內(nèi)充滿50%電量，比目前特斯拉超級(jí)充電樁快20分鐘。

　　全新的4680電芯已經(jīng)在內(nèi)華達(dá)州超級(jí)工廠實(shí)現(xiàn)量產(chǎn)，其能量是2170電芯的5倍，可以提高16%的續(xù)航里程。同時(shí)，無(wú)極耳電芯還節(jié)約了14%的成本，減少了7%的投資。

　　無(wú)極耳電芯改進(jìn)的仍然是工藝，而材料上的更新有著更大的潛力。目前電芯普遍采用的是石墨材料作為負(fù)極。目前常用的石墨材料理論容量為372mAh/g，實(shí)際釋放容量約為170mAh/g。然而如果以硅作為負(fù)極理論容量可以達(dá)到4200mAh/g，能量密度可以實(shí)現(xiàn)翻倍。

　　但是硅作為負(fù)極材料有一個(gè)致命的缺陷是，在鋰插層之后硅基材料體積會(huì)碰撞4倍，很容易就會(huì)破碎。另外，硅還會(huì)與隔膜整合形成凝膠狀。這些都限制了硅負(fù)極材料的應(yīng)用。

　　但已硅作為負(fù)極材料除了能量密度的潛力外，硅還是地球上最富有的元素之一，平時(shí)的沙子中就富含硅元素，制備成本將大幅降低。

　　在特斯拉電池日之前大家普遍猜測(cè)的硅納米線材料、預(yù)鋰工藝以及SIO氧化硅等都是解決硅負(fù)極膨脹易碎問(wèn)題的方式，如果采用硅納米線作為負(fù)極，電芯有望實(shí)現(xiàn)能量密度400Wh/kg，續(xù)航超過(guò)1000km。不過(guò)目前這些工藝量產(chǎn)的難度還很大。

　　特斯拉選擇了一種更簡(jiǎn)單易行的方式，使用最普通的硅材料，在硅負(fù)極表面涂抹一層彈性很強(qiáng)的涂膜以抑制其膨脹。這種簡(jiǎn)單的處理可以提升20%的續(xù)航，而成本可以降低5%，投資成本降低4%。

　　鋰離子電池正極材料的核心是鋰離子，但同時(shí)也不能缺少其他金屬材料，兩者的關(guān)系相當(dāng)于書(shū)和書(shū)架的關(guān)系。目前三元材料的鋰離子電池離不開(kāi)鈷元素，鈷的存在可以起到穩(wěn)定的作用。

　　但鈷是一種較為稀缺的元素，目前全球已探明320萬(wàn)噸的儲(chǔ)量，絕大部分在非洲地區(qū)，鈷不僅價(jià)格昂貴，開(kāi)采工藝、流程和材料價(jià)格都難以控制。目前主流的方向都是減少鈷的用量，甚至追求0鈷。

　　磷酸鐵鋰四元材料是目前主流的無(wú)鈷電池，不過(guò)特斯拉選擇是不是鐵，而是潛力高出鐵元素50%到60%的鎳。在電池日上，馬斯克透露新的無(wú)鈷電池會(huì)增加鎳的用量，鎳和錳以２:１的比例作為正極材料。

　　馬斯克表示已經(jīng)和很多礦業(yè)公司合作獲得更多的鎳材料。同時(shí)像開(kāi)頭提到的鋰一樣，特斯拉對(duì)鎳的開(kāi)采工藝也做了簡(jiǎn)化，擯棄了復(fù)雜的硫化等過(guò)程，使用原材料鎳，完全依靠電來(lái)制備。這一工藝可以讓成本降低66%，投資降低76%，同時(shí)還沒(méi)有浪費(fèi)一滴水。

　　高鎳電池將應(yīng)運(yùn)用應(yīng)用于Cybertruck皮卡、Semi卡車等能源密集型車型上，不過(guò)要到2022年才能實(shí)現(xiàn)大規(guī)模生產(chǎn)，目前特斯拉依舊要增加松下、LG、寧德時(shí)代的采購(gòu)。通過(guò)無(wú)鈷、高鎳，同時(shí)對(duì)原材料控制，可以減少12%的成本，增加續(xù)航4%，減少投資16%。

　　前述部分已經(jīng)對(duì)電芯原材料、電芯結(jié)構(gòu)、電池正負(fù)極材料全部進(jìn)行了優(yōu)化改進(jìn)，但馬斯克仍然不滿足于此。下一步優(yōu)化的就是整個(gè)電池組的結(jié)構(gòu)。傳統(tǒng)電池組由數(shù)個(gè)電池包組成，電池包包括數(shù)個(gè)模組，而模組才是由電芯組成的。

　　在整個(gè)電池組中，非電芯部分也占據(jù)了很大的空間和重量，特斯拉通過(guò)全新的電芯黏合方式讓電池組的結(jié)構(gòu)變得更加緊湊，同時(shí)節(jié)約了空間和重量。

　　馬斯克舉了一個(gè)生動(dòng)的例子，在飛機(jī)的發(fā)展過(guò)程中，將油箱布置在機(jī)翼內(nèi)是一個(gè)巨大的創(chuàng)新。而特斯拉就是用這樣的思維去改進(jìn)和優(yōu)化電池組的布置的。

　　目前，特斯拉Model Y已經(jīng)應(yīng)用了全新的一體式鑄造車尾，整個(gè)尾部將會(huì)是一體成型的機(jī)構(gòu)。這得益于材料團(tuán)隊(duì)在合金方面的創(chuàng)新，現(xiàn)有的合金材料無(wú)法滿足這樣大的一天鑄造。未來(lái)車頭部分也將采用類似的形式打造。

　　而除了對(duì)電池組內(nèi)部結(jié)構(gòu)的改進(jìn)，電池組的鋼化外殼也會(huì)進(jìn)行全新設(shè)計(jì)。電池組外殼將設(shè)計(jì)為連接前后部分的機(jī)構(gòu)件，這樣可以在空間上更加緊湊，同時(shí)還能讓車身重心更低，使得車輛的操控性也得到提升。

　　全新的電池組設(shè)計(jì)可以使得重量減少10%，而成本降低7%。還可以帶來(lái)14%的續(xù)航提升和節(jié)約8%的投資。

　　在對(duì)原材料的控制方面，除了優(yōu)化挖礦工藝，特斯拉還做了另一件事。前不久，特斯拉上線了動(dòng)力電池回收服務(wù)，承諾100%回收?qǐng)?bào)廢電池。這些走到生命盡頭的動(dòng)力電池將會(huì)在特斯拉重新回到起點(diǎn)，將各種元素重新分離作為新的動(dòng)力電池原材料進(jìn)行使用。這樣可以節(jié)省對(duì)自然資源的依賴，同時(shí)減少對(duì)環(huán)境的破壞。

　　通過(guò)以上對(duì)電池整個(gè)產(chǎn)業(yè)鏈的梳理和重新優(yōu)化，特斯拉預(yù)計(jì)續(xù)航里程可以提升54%，成本將降低56%，投資將降低69%。在繼續(xù)沿用鋰離子電池的情況下，電動(dòng)車的整體性價(jià)比將不依賴補(bǔ)貼達(dá)到與當(dāng)下燃油車相當(dāng)?shù)乃剑鴮?shí)用性將大幅提升。

　　不過(guò)上述技術(shù)目前的進(jìn)展水平不一，無(wú)極耳的4680電池已經(jīng)開(kāi)始投產(chǎn)，而高鎳無(wú)鈷電池預(yù)計(jì)2022年才能實(shí)現(xiàn)量產(chǎn)，硅負(fù)極電池沒(méi)有明確說(shuō)明時(shí)間。馬斯克表示以上這些在2030年之前將會(huì)全部實(shí)現(xiàn)。同時(shí)馬斯克也表示，將加速推進(jìn)這些變革的落地。

　　對(duì)于電動(dòng)車是不是真環(huán)保，消費(fèi)者一直存在很大的爭(zhēng)議，最激烈的論點(diǎn)就是當(dāng)下，尤其是中國(guó)的發(fā)電主要依賴的仍然是火力發(fā)電。

　　其實(shí)在這個(gè)層面，能夠優(yōu)化的何止電動(dòng)車本身，電網(wǎng)的發(fā)電占比本身也在一直進(jìn)行著優(yōu)化。在特斯拉電池日上，馬斯克表示未來(lái)要實(shí)現(xiàn)100%可再生能源的發(fā)電（如太陽(yáng)能發(fā)電），可實(shí)現(xiàn)20-25太瓦時(shí)/年（1太瓦時(shí)=1萬(wàn)億瓦時(shí)）可再生能源的發(fā)電。

　　近年來(lái)，電動(dòng)車作為新興事物受到的關(guān)注和爭(zhēng)議都十分巨大。也是在這幾年，日產(chǎn)發(fā)布了內(nèi)燃機(jī)黑科技——可變壓縮比；馬自達(dá)發(fā)布了壓燃內(nèi)燃機(jī)，在內(nèi)燃機(jī)熱效率等指標(biāo)變換緩慢的當(dāng)下，這兩項(xiàng)技術(shù)可謂十分具有突破性。但是隨之而來(lái)的是成本的攀升，而帶給消費(fèi)者的實(shí)際體驗(yàn)卻十分有限。

　　電池早已經(jīng)歷了漫長(zhǎng)的發(fā)展歷程，早在內(nèi)燃機(jī)發(fā)明初期就曾有過(guò)一輪電動(dòng)車熱潮。但電動(dòng)車大規(guī)模量產(chǎn)卻僅僅是近年來(lái)才發(fā)生的，動(dòng)力電池全部的技術(shù)儲(chǔ)備均源自非汽車領(lǐng)域，技術(shù)進(jìn)步的空間很非常巨大。特斯拉電池日給我們帶來(lái)了一幅比較全面的操作性很強(qiáng)的動(dòng)力電池全產(chǎn)業(yè)鏈的優(yōu)化路線。續(xù)航里程可以提升54%，成本將降低56%，這樣的成績(jī)可謂驚人。

　　自第二次工業(yè)革命以來(lái)，電力早已融入了生活的方方面面，而受制于小型化儲(chǔ)能方式的限制，在移動(dòng)出行領(lǐng)域始終沒(méi)有大的介入。隨著5G時(shí)代的到來(lái)和萬(wàn)物互聯(lián)圖景初現(xiàn)，汽車也必然需要更多的電力來(lái)支持海聯(lián)的智能化設(shè)備，倒逼汽車參與到電力的應(yīng)用。電進(jìn)入汽車的時(shí)代才剛剛開(kāi)始。

　　當(dāng)然，特斯拉電池日的信息遠(yuǎn)不止上面這幅美好的藍(lán)圖，更多信息我們?cè)谙马?yè)呈現(xiàn)。（文：太平洋汽車網(wǎng) 郭睿）