電動(dòng)汽車(chē)最大的障礙是電動(dòng)汽車(chē)電池的成本。在向BEV過(guò)渡之前,，制造和擁有一輛BEV的成本必須與ICE車(chē)輛相當(dāng)或更低，目標(biāo)成本為100美元/kWh或更低,。事實(shí)上,，現(xiàn)在我們已經(jīng)超過(guò)了100美元/千瓦時(shí)的目標(biāo)，我們可以期待看到BEV的加速采用和一個(gè)永遠(yuǎn)改變的行業(yè)

Paul Eichenberg戰(zhàn)略咨詢(xún)公司總經(jīng)理Paul Eichenberg最近表示：“新的低成本電池的推出意味著,，汽車(chē)行業(yè)已經(jīng)達(dá)到了轉(zhuǎn)折點(diǎn),，轉(zhuǎn)向純電動(dòng)汽車(chē)（BEV）將早于預(yù)期?！?/p>

的確,，由于每千瓦時(shí)（kWh）的高成本,，此前BEV很難與內(nèi)燃機(jī)（ICE）車(chē)的低成本結(jié)構(gòu)競(jìng)爭(zhēng)。不過(guò),，隨著意想不到的技術(shù)突破推動(dòng)鋰離子電池的成本下降,，與ICE相比，BEV越來(lái)越成為一種更經(jīng)濟(jì)的選擇,。有了像特斯拉這些新的低成本電池,，整個(gè)行業(yè)可能比預(yù)期更早達(dá)到轉(zhuǎn)向BEV的臨界點(diǎn)，很快我們就可能看到電池驅(qū)動(dòng)汽車(chē)的更大規(guī)模采用,。

四年修成正果,，五個(gè)方面改進(jìn)

在過(guò)去四年里，特斯拉一直在秘密開(kāi)發(fā)代號(hào)為“Roadrunner”的“4680”電池,，打算將其年產(chǎn)量約為150GW的“Gigafactory”轉(zhuǎn)型為“Terafactory”,。此舉將使特斯拉的年電池產(chǎn)量增加到1太瓦，每家工廠(chǎng)的電池產(chǎn)量將增加7倍,。

試驗(yàn)性Roadrunner生產(chǎn)線(xiàn)

新電池在五個(gè)關(guān)鍵方面有所改進(jìn),，可以在降低投資和制造成本的同時(shí)提高續(xù)航里程：

電芯設(shè)計(jì)

陰極材料

陽(yáng)極材料

電芯到車(chē)輛的集成

簡(jiǎn)化工廠(chǎng)

新電池的設(shè)計(jì)對(duì)于加速全球電池生產(chǎn)規(guī)模至關(guān)重要。這五項(xiàng)改進(jìn)將使電池續(xù)航能力提高54%,，電池成本降低56%,，投資成本降低69%，這將是一項(xiàng)改變行業(yè)的突破,。

量產(chǎn)是降低成本的關(guān)鍵

最近有粉絲參觀(guān)了位于弗里蒙特的加藤路工廠(chǎng),，特斯拉4680電池生產(chǎn)似乎正在如火如荼地進(jìn)行。晚上10點(diǎn),，停車(chē)場(chǎng)停滿(mǎn)了汽車(chē),，為即將結(jié)束輪班員工的班車(chē)也已準(zhǔn)備好。這里似乎在全天候運(yùn)行,。

他說(shuō)：“特斯拉在以光速前進(jìn),，正在擴(kuò)大工廠(chǎng)規(guī)模，他們知道需要萬(wàn)億瓦時(shí)來(lái)儲(chǔ)存能源和驅(qū)動(dòng)運(yùn)輸工具,，這是一個(gè)令人難以置信的激動(dòng)人心的時(shí)期,。”

特斯拉的4680電池生產(chǎn)工廠(chǎng)正在加速運(yùn)行

據(jù)了解,，4680電池生產(chǎn)基地的計(jì)劃產(chǎn)量相當(dāng)可觀(guān),，這也暗示了特斯拉在電池技術(shù)方面取得的巨大進(jìn)步。加藤路工廠(chǎng)試驗(yàn)性的Roadrunner電池生產(chǎn)線(xiàn)以每年10千兆瓦時(shí)的速度全面投產(chǎn)后,，將成為世界第13大電池生產(chǎn)工廠(chǎng),，產(chǎn)量約為目前內(nèi)華達(dá)州Gigafactory產(chǎn)量的四分之一。該工廠(chǎng)仍在逐步擴(kuò)大，目前內(nèi)華達(dá)州Gigafactory的產(chǎn)量仍低于40千兆瓦,，但它已經(jīng)被認(rèn)為是世界上最大的工廠(chǎng),。

特斯拉加藤路工廠(chǎng)產(chǎn)能排名

對(duì)于一座建筑面積僅為184,880平方英尺的建筑來(lái)說(shuō)，加藤路工廠(chǎng)的未來(lái)或許令人難以置信,。

電池?cái)?shù)量明顯減少

9月,，“特斯拉電池日”上發(fā)布的重大消息就包括4680型高鎳、干陰極,、硅陽(yáng)極圓柱形電池,。新電池將增加電池功率、續(xù)航里程和能量容量,，同時(shí)簡(jiǎn)化生產(chǎn)并降低整體成本,。

最近，特斯拉拆解專(zhuān)家Sandy Munro重新構(gòu)造了他認(rèn)為的新的4680電池組模型,。對(duì)于特斯拉粉絲來(lái)說(shuō),，Sandy Munro并不陌生，他曾花時(shí)間拆解了Model 3轎車(chē)和最近的Model Y跨界車(chē),。

Sandy Munro承認(rèn),，這可能并不完全是特斯拉將在其未來(lái)汽車(chē)中使用的電池，但它是極為相似的副本,。Model 3和Model Y之前使用特斯拉的2170（21=寬21,，70=高，單位mm）圓柱型電池,，與Model S和Model X使用的18650（18=電池直徑,，65=長(zhǎng)度，0=圓柱型,，單位mm）電池相比，這些電池能夠提供更好的性能,。

特斯拉在Model Y車(chē)上使用了4,416個(gè)2170電池,，但4680電池的數(shù)量明顯減少，因?yàn)槠鋱A柱形體積更大,，比之前的電池承載更多的能量,。Sandy Munro表示，新電池組只會(huì)使用960個(gè)電池,，隨著續(xù)航距離,、功率和能量的增加，特斯拉真正做到了一件了不起的事情,，這增加了其在電動(dòng)汽車(chē)領(lǐng)域的領(lǐng)先地位,。

“百萬(wàn)英里”是讓電池壽命更長(zhǎng)

特斯拉一直在與加拿大達(dá)爾豪斯大學(xué)（Dalhousie University）的Jeff Dahn等研究人員合作，開(kāi)發(fā)新的,、革命性的電池,，這種電池將提供更長(zhǎng)的壽命,，提供更大的功率和更多的能量。

早在2019年9月,，與特斯拉達(dá)成獨(dú)家協(xié)議已有幾年時(shí)間的Jeff Dahn和他的研究團(tuán)隊(duì)在《電化學(xué)學(xué)會(huì)雜志》上發(fā)表了一篇論文《一種優(yōu)秀鋰離子電池化學(xué)的廣泛測(cè)試結(jié)果將用作新電池技術(shù)的基準(zhǔn)》,，闡述了單晶正極材料專(zhuān)利的重要性。他說(shuō)：“這種電池應(yīng)該能夠?yàn)殡妱?dòng)汽車(chē)提供超過(guò)100萬(wàn)英里的電力,，并且在電網(wǎng)儲(chǔ)能中至少維持20年,。”

Jeff Dahn

在文章中,，Jeff Dahn和他的研究團(tuán)隊(duì)提供了新電池的全部細(xì)節(jié),，為進(jìn)一步的研究創(chuàng)建了一個(gè)基準(zhǔn)。他們使用了一種來(lái)自高鎳NCM正極材料,，其比容量比為當(dāng)今移動(dòng)設(shè)備供電的鋰離子電池正極材料高出20%,。選擇的正極材料NCM523（50%鎳，20%鈷,，30%錳）很穩(wěn)定,，是進(jìn)一步研發(fā)的極佳參考和起點(diǎn)。其他關(guān)鍵組分的探索包括石墨負(fù)極和混合溶劑,、添加劑,、鹽電解質(zhì)溶液。

Jeff Dahn表示,，文章所描述的電池可以立即用于電動(dòng)汽車(chē),，“然而，由于該研究的目的是為鋰離子電池技術(shù)提供可靠的基準(zhǔn)和參考,，與先進(jìn)的鋰離子電池相比,，所描述的電池的比能量密度并不是最高的。根據(jù)這項(xiàng)研究,，鋰離子電池將很快被開(kāi)發(fā)出來(lái),，使兩次充電間隔可行駛500公里（超過(guò)300英里）成為可能?！?/p>

重要的是,，這些性能更高的電池將大大降低特斯拉汽車(chē)的成本，因?yàn)樗鼈兪褂玫牟牧细菀撰@得,，生產(chǎn)成本更低,。創(chuàng)造一個(gè)更高效、更具成本效益的電池是特斯拉汽車(chē)在成本方面與汽油車(chē)相媲美的主要策略,。

在最近的一次能源儲(chǔ)存和可持續(xù)工程視頻會(huì)議上,，作為特斯拉電池研究人員，Jeff Dahn透露，測(cè)試的鋰離子電池已突破了2百萬(wàn)英里的障礙,。過(guò)去一年沸沸揚(yáng)揚(yáng)的“百萬(wàn)英里”電池現(xiàn)在正朝著10,000到15,000次循環(huán)的方向發(fā)展,。如果百萬(wàn)英里電池的循環(huán)次數(shù)為5,000次，其團(tuán)隊(duì)所測(cè)試的鋰離子電池在電動(dòng)汽車(chē)上潛在的續(xù)航能力將達(dá)到350萬(wàn)或200萬(wàn)英里,。

值得注意的是,，這種鋰離子電池的退化最小，所以這項(xiàng)研究的“200萬(wàn)英里”電池也有可能持續(xù)更長(zhǎng)的時(shí)間,，相當(dāng)于25年的壽命,。

天下大同的味道

雖然特斯拉在加班加點(diǎn)生產(chǎn)4680圓柱形電池，與其他電池技術(shù)伙伴的合作也沒(méi)有耽誤,。

為特斯拉戰(zhàn)略提供動(dòng)力的新電池化學(xué)是與寧德時(shí)代（CATL）聯(lián)合開(kāi)發(fā)的,。CATL還計(jì)劃在2021年向特斯拉提供一種改進(jìn)的長(zhǎng)壽命鎳錳鈷（NMC）電池；其陰極含有50%的鎳,，只有20%的鈷,。低鈷NMB電池組的成本約為100美元/kWh。有消息說(shuō),，特斯拉和CATL聯(lián)合開(kāi)發(fā)的低成本電池在化學(xué)和設(shè)計(jì)方面的許多技術(shù)都源自Jeff Dahn實(shí)驗(yàn)室,。該實(shí)驗(yàn)室的重要貢獻(xiàn)包括化學(xué)添加劑和更大晶體組成電池納米結(jié)構(gòu)正極材料，較大的晶體在充電時(shí)幾乎不可能破裂,，而破裂會(huì)使性能下降,。因此，鋰離子電池會(huì)更堅(jiān)固,，更能抵抗快速充電等壓力造成的損傷,，從而延長(zhǎng)其壽命。

專(zhuān)家猜測(cè),，CATL也是許多電池突破的中心,，其中包括：

無(wú)鈷磷酸鐵鋰電池的發(fā)明，消除了BEV電池組中最昂貴的金屬,，可以使價(jià)格降至80美元/千瓦時(shí)以下,，電池組的成本降至60美元/千瓦時(shí)以下。

無(wú)模組（CTP,，Cell to Pack）包裝流程，取消了封裝電池的中間步驟,，簡(jiǎn)化了流程并降低了成本,。預(yù)計(jì)特斯拉將采用新的CTP工藝，以降低電池重量,，特別是其在華車(chē)輛的成本,。

業(yè)內(nèi)人士認(rèn)為，由CATL和其他公司推動(dòng)的成本節(jié)約技術(shù)是游戲規(guī)則的改變者，有助于加快BEV時(shí)代的到來(lái),。

除了CATL,，據(jù)Jeff Dahn研究小組透露，他們測(cè)試使用的鋰離子電池是中國(guó)的Li-FUN Technology（立方新能源）提供的鎳鈷錳三元材料NMC532軟包電池,。NMC532軟包電池也是干電池,，不使用電解質(zhì)。

有趣的是,，特斯拉的下一代4680電池還采用了從Maxwell收購(gòu)的創(chuàng)新專(zhuān)利“干電極”工藝技術(shù),，替代了之前的濕法工藝。這同樣有助于在降低電池成本的同時(shí)提高能量密度和續(xù)航里程,。

專(zhuān)家指出,，如果這些信息得以證明，那么特斯拉的下一代電池可能真的比當(dāng)今市場(chǎng)上使用的任何一種電池都要好,。Jeff Dahn指出：因?yàn)椤疤厮估碾姵貞?zhàn)略是合理的,。”

用4680電池打贏對(duì)手

伴隨特斯拉推出新款4680電池,，埃隆·馬斯克的計(jì)劃浮出水面——開(kāi)始生產(chǎn)一種更實(shí)惠的電池,，最終生產(chǎn)出更實(shí)惠的汽車(chē)。特斯拉計(jì)劃通過(guò)設(shè)計(jì),、生產(chǎn)效率和材料采購(gòu),，大幅降低電池制造成本，并將每千瓦時(shí)的成本降低56%,。

特斯拉在設(shè)計(jì)自己的電池和電池組方面最大的優(yōu)勢(shì)之一是,，它可以顯著降低成本，同時(shí)還可以提高解決問(wèn)題的能力,。從一開(kāi)始使用電池的策略之一就是對(duì)每個(gè)電池進(jìn)行個(gè)性化設(shè)置,，這樣一旦出現(xiàn)問(wèn)題，就可以更容易地追蹤和更換電池,。

埃隆·馬斯克在今年早些時(shí)候接受采訪(fǎng)時(shí)說(shuō),，新的4680圓柱形電池已經(jīng)使用了幾個(gè)月。然而,，并不是所有車(chē)輛都使用新電池,，因?yàn)樘厮估犹俾冯姵厣a(chǎn)設(shè)施還沒(méi)有足夠的產(chǎn)量。不過(guò),，產(chǎn)量的增加最終將幫助特斯拉全面使用4680電池,，這將實(shí)現(xiàn)更高的里程額定值和更高的性能規(guī)格，使特斯拉的電動(dòng)汽車(chē)更優(yōu)于其競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手,。

最近,，LG Chem表示,，它研發(fā)的新電池規(guī)格與4680完全吻合，而且打算2023年將圓柱狀電池產(chǎn)量從20GWh增至60GWh,，這表明,，面對(duì)需求極大的4680電池組，特斯拉不太可能一口吞下,。

特斯拉估計(jì),，2022年需要100GWh的4680電池組，足夠130萬(wàn)輛電動(dòng)汽車(chē)使用,，但是要在這么短的時(shí)間內(nèi)大舉提高產(chǎn)量幾乎不可能辦到,。作為全球電動(dòng)汽車(chē)電池一哥，LG Chem的年產(chǎn)量為100GWh,，特斯拉還會(huì)把部分新電池訂單交給LG Chem,。就在近日，LG Chem宣布已將其中國(guó)電池產(chǎn)能提高一倍,，為國(guó)產(chǎn)Model Y提供電池,。

這樣“換電”

Teslarati最近報(bào)道了一輛Model S更換電池的過(guò)程，展示了當(dāng)電池出現(xiàn)故障時(shí)如何修復(fù)電池組,。不過(guò),，這樣的換電并不是整個(gè)電池組，而是個(gè)別電池,。

Model S車(chē)主買(mǎi)的二手車(chē)無(wú)法行駛,，沒(méi)有通過(guò)特斯拉服務(wù)中心以2萬(wàn)美元價(jià)格更換電池，而是找到了Gruber Motors的技術(shù)人員,，在7000多個(gè)電池中發(fā)現(xiàn)了失效的電池,，簡(jiǎn)單測(cè)一下電壓，進(jìn)行了簡(jiǎn)單的維修,，以低廉的價(jià)格讓汽車(chē)重新啟動(dòng)并運(yùn)轉(zhuǎn)起來(lái),。他只花了5000美元（也不少）。

Gruber Motors的CEO Pete Gruber說(shuō)：“特斯拉和其他車(chē)輛一樣,，需要進(jìn)行例行維護(hù),，以保持其動(dòng)力系統(tǒng)的正常運(yùn)行。不幸的是,，雖然電動(dòng)汽車(chē)的維護(hù)費(fèi)用遠(yuǎn)低于燃油車(chē),，但仍然會(huì)遇到一些問(wèn)題，比如電池故障,。這是一個(gè)常見(jiàn)的問(wèn)題,，只是因?yàn)殡姵卦谑褂眠^(guò)程中的某個(gè)時(shí)間點(diǎn)到了使用壽命的盡頭?！?/p>

Pete Gruber補(bǔ)充說(shuō)：“這種電池設(shè)計(jì)允許更換一個(gè)電池,，而不是由幾個(gè)中型電池組成的整個(gè)電池組，甚至是一個(gè)大電池組,?！?/p>

事實(shí)上，正如埃隆·馬斯克所說(shuō)：“用這么多小電池的好處是,，我們可以分離出每個(gè)電池,。因此，即使電池發(fā)生故障,，比如著火或其他任何情況,，它也是隔離的?！?/p>

對(duì)手進(jìn)展有點(diǎn)慢

通用汽車(chē)（GM）也有自己的電池戰(zhàn)略,，包括與科技巨頭LG Chem的跨行業(yè)合作——在俄亥俄州一家價(jià)值23億美元的工廠(chǎng)生產(chǎn)低鈷電池。他們計(jì)劃減少每節(jié)電池中最昂貴的金屬鈷含量,，以使每節(jié)400英里里程的電池成本低于100美元,。

與特斯拉的4860圓柱形電池不同，Ultium是一種軟包設(shè)計(jì),，各有自己的優(yōu)點(diǎn)和缺點(diǎn),。通用汽車(chē)Ultium電池最顯著的優(yōu)勢(shì)是它的多功能性。該軟包設(shè)計(jì)提供模塊化,，使其兼容更廣泛的車(chē)輛,，每一個(gè)不同的使用情況。不過(guò),，生產(chǎn)這種電池的工廠(chǎng)還在建設(shè)中,。

超越最大障礙

電動(dòng)汽車(chē)最大的障礙是電動(dòng)汽車(chē)電池的成本。在向BEV過(guò)渡之前,，制造和擁有一輛BEV的成本必須與ICE車(chē)輛相當(dāng)或更低,，目標(biāo)成本為100美元/kWh或更低。許多專(zhuān)家預(yù)測(cè)到2030年還達(dá)不到這個(gè)目標(biāo),。

事實(shí)上,，過(guò)去五年里，每千瓦時(shí)的成本已從350美元降到了60美元?，F(xiàn)在我們已經(jīng)超過(guò)了100美元/千瓦時(shí)的目標(biāo),，我們可以期待看到BEV的加速采用和一個(gè)永遠(yuǎn)改變的行業(yè)。

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