特斯拉创新低成本电池，行业转向纯电动汽车（BEV）将早于预期

电动汽车最大的障碍是电动汽车电池的成本。在向BEV过渡之前，制造和拥有一辆BEV的成本必须与ICE车辆相当或更低，目标成本为100美元／kWh或更低。事实上，现在我们已经超过了100美元／千瓦时的目标，我们可以期待看到BEV的加速采用和一个永远改变的行业

Paul Eichenberg战略咨询公司总经理Paul Eichenberg最近表示：“新的低成本电池的推出意味着，汽车行业已经达到了转折点，转向纯电动汽车（BEV）将早于预期。”

的确，由于每千瓦时（kWh）的高成本，此前BEV很难与内燃机（ICE）车的低成本结构竞争。不过，随着意想不到的技术突破推动锂离子电池的成本下降，与ICE相比，BEV越来越成为一种更经济的选择。有了像特斯拉这些新的低成本电池，整个行业可能比预期更早达到转向BEV的临界点，很快我们就可能看到电池驱动汽车的更大规模采用。

四年修成正果，五个方面改进

在过去四年里，特斯拉一直在秘密开发代号为“Roadrunner”的“4680”电池，打算将其年产量约为150GW的“Gigafactory”转型为“Terafactory”。此举将使特斯拉的年电池产量增加到1太瓦，每家工厂的电池产量将增加7倍。

新电池在五个关键方面有所改进，可以在降低投资和制造成本的同时提高续航里程：

电芯设计

阴极材料

阳极材料

电芯到车辆的集成

简化工厂

新电池的设计对于加速全球电池生产规模至关重要。这五项改进将使电池续航能力提高54％，电池成本降低56％，投资成本降低69％，这将是一项改变行业的突破。

量产是降低成本的关键

最近有粉丝参观了位于弗里蒙特的加藤路工厂，特斯拉4680电池生产似乎正在如火如荼地进行。晚上10点，停车场停满了汽车，为即将结束轮班员工的班车也已准备好。这里似乎在全天候运行。

他说：“特斯拉在以光速前进，正在扩大工厂规模，他们知道需要万亿瓦时来储存能源和驱动运输工具，这是一个令人难以置信的激动人心的时期。”

据了解，4680电池生产基地的计划产量相当可观，这也暗示了特斯拉在电池技术方面取得的巨大进步。加藤路工厂试验性的Roadrunner电池生产线以每年10千兆瓦时的速度全面投产后，将成为世界第13大电池生产工厂，产量约为目前内华达州Gigafactory产量的四分之一。该工厂仍在逐步扩大，目前内华达州Gigafactory的产量仍低于40千兆瓦，但它已经被认为是世界上最大的工厂。

特斯拉加藤路工厂产能排名

对于一座建筑面积仅为184，880平方英尺的建筑来说，加藤路工厂的未来或许令人难以置信。

电池数量明显减少

9月，“特斯拉电池日”上发布的重大消息就包括4680型高镍、干阴极、硅阳极圆柱形电池。新电池将增加电池功率、续航里程和能量容量，同时简化生产并降低整体成本。

最近，特斯拉拆解专家Sandy Munro重新构造了他认为的新的4680电池组模型。对于特斯拉粉丝来说，Sandy Munro并不陌生，他曾花时间拆解了Model 3轿车和最近的Model Y跨界车。

Sandy Munro承认，这可能并不完全是特斯拉将在其未来汽车中使用的电池，但它是极为相似的副本。Model 3和Model Y之前使用特斯拉的2170（21＝宽21，70＝高，单位mm）圆柱型电池，与Model S和Model X使用的18650（18＝电池直径，65＝长度，0＝圆柱型，单位mm）电池相比，这些电池能够提供更好的性能。

特斯拉在Model Y车上使用了4，416个2170电池，但4680电池的数量明显减少，因为其圆柱形体积更大，比之前的电池承载更多的能量。Sandy Munro表示，新电池组只会使用960个电池，随着续航距离、功率和能量的增加，特斯拉真正做到了一件了不起的事情，这增加了其在电动汽车领域的领先地位。

“百万英里”是让电池寿命更长

特斯拉一直在与加拿大达尔豪斯大学（Dalhousie University）的Jeff Dahn等研究人员合作，开发新的、革命性的电池，这种电池将提供更长的寿命，提供更大的功率和更多的能量。

早在2019年9月，与特斯拉达成独家协议已有几年时间的Jeff Dahn和他的研究团队在《电化学学会杂志》上发表了一篇论文《一种优秀锂离子电池化学的广泛测试结果将用作新电池技术的基准》，阐述了单晶正极材料专利的重要性。他说：“这种电池应该能够为电动汽车提供超过100万英里的电力，并且在电网储能中至少维持20年。”

在文章中，Jeff Dahn和他的研究团队提供了新电池的全部细节，为进一步的研究创建了一个基准。他们使用了一种来自高镍NCM正极材料，其比容量比为当今移动设备供电的锂离子电池正极材料高出20％。选择的正极材料NCM523（50％镍，20％钴，30％锰）很稳定，是进一步研发的极佳参考和起点。其他关键组分的探索包括石墨负极和混合溶剂、添加剂、盐电解质溶液。

Jeff Dahn表示，文章所描述的电池可以立即用于电动汽车，“然而，由于该研究的目的是为锂离子电池技术提供可靠的基准和参考，与先进的锂离子电池相比，所描述的电池的比能量密度并不是最高的。根据这项研究，锂离子电池将很快被开发出来，使两次充电间隔可行驶500公里（超过300英里）成为可能。”

重要的是，这些性能更高的电池将大大降低特斯拉汽车的成本，因为它们使用的材料更容易获得，生产成本更低。创造一个更高效、更具成本效益的电池是特斯拉汽车在成本方面与汽油车相媲美的主要策略。

在最近的一次能源储存和可持续工程视频会议上，作为特斯拉电池研究人员，Jeff Dahn透露，测试的锂离子电池已突破了2百万英里的障碍。过去一年沸沸扬扬的“百万英里”电池现在正朝着10，000到15，000次循环的方向发展。如果百万英里电池的循环次数为5，000次，其团队所测试的锂离子电池在电动汽车上潜在的续航能力将达到350万或200万英里。

“百万英里”电池进展

值得注意的是，这种锂离子电池的退化最小，所以这项研究的“200万英里”电池也有可能持续更长的时间，相当于25年的寿命。

天下大同的味道

虽然特斯拉在加班加点生产4680圆柱形电池，与其他电池技术伙伴的合作也没有耽误。

为特斯拉战略提供动力的新电池化学是与宁德时代（CATL）联合开发的。CATL还计划在2021年向特斯拉提供一种改进的长寿命镍锰钴（NMC）电池；其阴极含有50％的镍，只有20％的钴。低钴NMB电池组的成本约为100美元／kWh。有消息说，特斯拉和CATL联合开发的低成本电池在化学和设计方面的许多技术都源自Jeff Dahn实验室。该实验室的重要贡献包括化学添加剂和更大晶体组成电池纳米结构正极材料，较大的晶体在充电时几乎不可能破裂，而破裂会使性能下降。因此，锂离子电池会更坚固，更能抵抗快速充电等压力造成的损伤，从而延长其寿命。

专家猜测，CATL也是许多电池突破的中心，其中包括：

无钴磷酸铁锂电池的发明，消除了BEV电池组中最昂贵的金属，可以使价格降至80美元／千瓦时以下，电池组的成本降至60美元／千瓦时以下。

无模组（CTP，Cell to Pack）包装流程，取消了封装电池的中间步骤，简化了流程并降低了成本。预计特斯拉将采用新的CTP工艺，以降低电池重量，特别是其在华车辆的成本。

业内人士认为，由CATL和其他公司推动的成本节约技术是游戏规则的改变者，有助于加快BEV时代的到来。

除了CATL，据Jeff Dahn研究小组透露，他们测试使用的锂离子电池是中国的Li－FUN Technology（立方新能源）提供的镍钴锰三元材料NMC532软包电池。NMC532软包电池也是干电池，不使用电解质。

有趣的是，特斯拉的下一代4680电池还采用了从Maxwell收购的创新专利“干电极”工艺技术，替代了之前的湿法工艺。这同样有助于在降低电池成本的同时提高能量密度和续航里程。

专家指出，如果这些信息得以证明，那么特斯拉的下一代电池可能真的比当今市场上使用的任何一种电池都要好。Jeff Dahn指出：因为“特斯拉的电池战略是合理的。”

用4680电池打赢对手

伴随特斯拉推出新款4680电池，埃隆·马斯克的计划浮出水面——开始生产一种更实惠的电池，最终生产出更实惠的汽车。特斯拉计划通过设计、生产效率和材料采购，大幅降低电池制造成本，并将每千瓦时的成本降低56％。

特斯拉在设计自己的电池和电池组方面最大的优势之一是，它可以显著降低成本，同时还可以提高解决问题的能力。从一开始使用电池的策略之一就是对每个电池进行个性化设置，这样一旦出现问题，就可以更容易地追踪和更换电池。

埃隆·马斯克在今年早些时候接受采访时说，新的4680圆柱形电池已经使用了几个月。然而，并不是所有车辆都使用新电池，因为特斯拉加藤路电池生产设施还没有足够的产量。不过，产量的增加最终将帮助特斯拉全面使用4680电池，这将实现更高的里程额定值和更高的性能规格，使特斯拉的电动汽车更优于其竞争对手。

最近，LG Chem表示，它研发的新电池规格与4680完全吻合，而且打算2023年将圆柱状电池产量从20GWh增至60GWh，这表明，面对需求极大的4680电池组，特斯拉不太可能一口吞下。

特斯拉估计，2022年需要100GWh的4680电池组，足够130万辆电动汽车使用，但是要在这么短的时间内大举提高产量几乎不可能办到。作为全球电动汽车电池一哥，LG Chem的年产量为100GWh，特斯拉还会把部分新电池订单交给LG Chem。就在近日，LG Chem宣布已将其中国电池产能提高一倍，为国产Model Y提供电池。

这样“换电”

Teslarati最近报道了一辆Model S更换电池的过程，展示了当电池出现故障时如何修复电池组。不过，这样的换电并不是整个电池组，而是个别电池。

Model S车主买的二手车无法行驶，没有通过特斯拉服务中心以2万美元价格更换电池，而是找到了Gruber Motors的技术人员，在7000多个电池中发现了失效的电池，简单测一下电压，进行了简单的维修，以低廉的价格让汽车重新启动并运转起来。他只花了5000美元（也不少）。

Gruber Motors的CEO Pete Gruber说：“特斯拉和其他车辆一样，需要进行例行维护，以保持其动力系统的正常运行。不幸的是，虽然电动汽车的维护费用远低于燃油车，但仍然会遇到一些问题，比如电池故障。这是一个常见的问题，只是因为电池在使用过程中的某个时间点到了使用寿命的尽头。”

Pete Gruber补充说：“这种电池设计允许更换一个电池，而不是由几个中型电池组成的整个电池组，甚至是一个大电池组。”

事实上，正如埃隆·马斯克所说：“用这么多小电池的好处是，我们可以分离出每个电池。因此，即使电池发生故障，比如着火或其他任何情况，它也是隔离的。”

对手进展有点慢

通用汽车（GM）也有自己的电池战略，包括与科技巨头LG Chem的跨行业合作——在俄亥俄州一家价值23亿美元的工厂生产低钴电池。他们计划减少每节电池中最昂贵的金属钴含量，以使每节400英里里程的电池成本低于100美元。

与特斯拉的4860圆柱形电池不同，Ultium是一种软包设计，各有自己的优点和缺点。通用汽车Ultium电池最显著的优势是它的多功能性。该软包设计提供模块化，使其兼容更广泛的车辆，每一个不同的使用情况。不过，生产这种电池的工厂还在建设中。

超越最大障碍

电动汽车最大的障碍是电动汽车电池的成本。在向BEV过渡之前，制造和拥有一辆BEV的成本必须与ICE车辆相当或更低，目标成本为100美元／kWh或更低。许多专家预测到2030年还达不到这个目标。

事实上，过去五年里，每千瓦时的成本已从350美元降到了60美元。现在我们已经超过了100美元／千瓦时的目标，我们可以期待看到BEV的加速采用和一个永远改变的行业。

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