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特斯拉的電池日又跳票了。

最近的一次，特斯拉官網宣布電池日 ＆ 2020 年年度股東大會推遲到 9 月 22 日舉行，比特斯拉 CEO Elon Musk 之前公布的 9 月15 日又推遲一周。

電池日之所以重要，是因為特斯拉會在電池日發(fā)布會上全面回顧過去十多年來在電機、電控和電池領域的關鍵技術路線和決策，公布下一個十年的技術戰(zhàn)略。

其中的一個核心關注點，就是特斯拉的自研電池計劃。今天我們試圖去回答，特斯拉的自研電池會怎么做、在哪兒做和為什么這么做。

How – 怎么做？

在特斯拉出手之前，中國領先的動力電池制造商寧德時代和比亞迪分別「秀」出了在電化學領域的創(chuàng)新：

寧德時代是中國首家商業(yè)化 NCM811 電池的動力電池企業(yè)。從鎳鈷錳材料占比 1:1:1 到 422、523、622 一直到 811，對于動力電池正負極、電解液材料配方的改進，我們暫且簡稱為化學創(chuàng)新。

比亞迪改進了電池的正負極結構與電芯形態(tài)，將「刀片電池」商業(yè)化。和特斯拉從18650 電池（直徑 18 mm，高 65 mm）升級到 2170 電池（直徑 21 mm，高 70 mm）類似，我們把這種電芯、模組和電池包的尺寸、結構的改進，簡稱為物理創(chuàng)新。

那么特斯拉呢？過去 4 年來，特斯拉成功將鎳鈷鋁比例為 9:0.5:0.5 的 2170 電芯集成業(yè)內首個大模組方案，搭載在Model 3 上商業(yè)化。這是特斯拉同時改進電池材料配方和尺寸形態(tài)，綜合化學創(chuàng)新與物理創(chuàng)新于一體的一次成功嘗試。

對于接下來的自研電池，特斯拉延續(xù)了在物理與化學兩大方向同時發(fā)力的策略。

先說物理工藝的創(chuàng)新，汽車的動力電池分為電芯、模組和電池包（由電芯組成模組，再由模組組成電池包）三大部分。在自研電池項目上，特斯拉對上述三大部分都做了激進的改進。

電芯

2020 年 5 月 7 日，特斯拉公開了一項名為「無極耳電極的電芯」的專利。專利第一作者為特斯拉電芯工藝首席工程師 Kunio Tsuruta，Elon 評論說，這個專利「遠比聽起來更重要」。

極耳是什么東西？

我們都知道，電池有正極和負極，極耳就是從電芯中將正極和負極引出來的金屬導體，正負兩極進行充放電時的接觸點，就是極耳。簡單來說，極耳是電池結構的一部分。

特斯拉在專利中認為，極耳的存在導致了更高的內阻，產生了更多的熱量。在高倍率充放電時，電池的表面溫度會快速上升。

此外，由于極耳是獨立的零部件，也增加了額外的制造成本，提高了制造難度。

特斯拉提出的無極耳電極設計，移除了電池傳統(tǒng)意義上的「極耳」。根據專利，無極耳設計的電池內阻將降到傳統(tǒng)電池內阻的 20%-5%。

以特斯拉 Model 3 為例，額定 80.5 kWh 的電池包峰值充電功率達到 250 kW，充電倍率為 250/80.5≈3.1 C。

但如果看下圖我們就會發(fā)現，Model 3 的充電曲線是「一鼓作氣，再而衰，三而竭」的，一旦電池容量超過了 20%，250 kW 就很難維持，開始往下掉。
特斯拉降低充電功率的核心原因之一，在于 250 kW 的快充會產生巨大的熱量。為了避免電池產生不可逆的損傷，系統(tǒng)會主動降低功率。但對于用戶來說，這使得充電的時間變長，充電體驗變差了。

當特斯拉的無極耳電極設計的自研電芯投產后，由于內阻極大的降低，250 kW 的快充只要穩(wěn)定 10 分鐘，即可為 Model 3 長續(xù)航版充入超過 50% 的電量。這會進一步改善快充體驗，追趕燃油車加油的便利性。

模組 ＆ 電池包

在模組與電池包的設計上，特斯拉也有新動作。

2020 年 1 月，Elon 接受播客 Third Row Tesla 采訪時，回顧了特斯拉電芯、模組和電池包的歷史。

電芯、模組和電池包的設計形式要追溯到初代 Roadster 時代，Roadster 電池包里有 16 個模組。最初的設計動機是，如果某個模組故障，特斯拉可以輕松地用另一個模組替換。

The reason therewere cells, modules, and packs goes back to the original Roadster days,The original reason why the Roadster pack had like 16 modules was that if one ofthem didn’t work, you could pull it out and put another one in.

簡單來說，彼時特斯拉的工程技術能力并不成熟，從故障率和易于維修的角度出發(fā)，特斯拉采用了模組設計。

Model S/X 延續(xù)了這一設計，但來到 Model 3 時代，特斯拉用 4 條兩米長的大模組取代了之前的十幾個模組，并將電池包與車身底盤高度集成。

這是汽車行業(yè)第一個將動力電池去模組化，直接由電芯集成到電池包的嘗試，也是某種程度上寧德時代 CTP 技術的雛形。

Elon 評論 Model 3 電池包表示，雖然事實意義上 Model 3 存在 4 個大模組，但Model 3 的模組實際上是無法更換的，電池故障只能整包更換。換句話說，這里的模組是無意義的存在。

而談到下一步規(guī)劃時，Elon表示You don’t really need modules in my view. Just take cells and put them in a pack.（在我看來模組沒有意義，直接將電芯集成到電池包即可）。

7 月 11 日，一位網友詢問特斯拉會堅持模組設計還是直接電芯集成到電池包，Elon 沒有正面回答。但根據他之前的表態(tài)，答案是顯而易見的。

另外一個小彩蛋是，2006 年，特斯拉曾開創(chuàng)了使用超聲焊（wire bonding）技術將電芯連接成電池包的技術路線，簡化了生產工藝，提升了制造效率；在 2020 年自研的電池包上，特斯拉將用激光焊接（laser-welded）取代超聲焊，進一步提升加工精度，提高制造效率。

那么在化學領域，特斯拉又做了哪些改進呢？

在特斯拉 Q1 的財報會議上，Elon 是這么回答的：

We don't want topre-empt Battery Day. We want to leave the exciting news for that day, butthere will be a lot of exciting news to tell. And I think it would be one ofthe most exciting days in Tesla's history.

我們不想劇透電池日，我們希望將振奮人心的消息留到那天。我們有很多振奮人心的消息要分享。我認為那將是特斯拉歷史上最激動人心的一天。

在電池日的信息方面，Elon表現得很反常。在此之前，無論是 Model 3 發(fā)布會還是自動駕駛日，Elon 都會忍不住提前劇透。但來到電池日，特斯拉首席大嘴巴居然守口如瓶。

不過，我們還是可以捕捉到一些未經證實的細節(jié)，特斯拉的自研電池離不開兩大關聯(lián)方：與特斯拉合作電化學研究五年的加拿大達爾豪斯大學教授 Jeff Dahn 及其團隊、特斯拉收購的干電極制造公司 Maxwell。

與之對應，特斯拉自研電池的內部項目指標是：全生命周期循環(huán)壽命超過 160 萬公里、單位電池成本降至 100 美金/KWh 以下。

至于更具體的信息，也許我們真的要等到 9 月 22 日電池日當天了。

Where - 在哪兒做？

文章開頭有一個問題沒解釋：特斯拉原計劃 Q2 初召開的電池日，為什么一路推遲到了 Q3 末？

答案是疫情。

可蘋果的 WWDC 都線上召開了，特斯拉電池日不能線上開嗎？

Elon Musk 說：真不行。

電池日還會有電芯生產系統(tǒng)的參觀環(huán)節(jié)，這是線上直播做不到的，而線下的大型集會與疫情的控制是強相關的。

從這個角度說，9 月 22 日這個時間也只是暫定。不過，有一點是 100% 確定的：地點在加州 Fremont 市。

可特斯拉加州的 Fremont 工廠此前已經 N 次擴建，為了 Model Y 的產線布置還合并了 Model S/X 的總裝線。這個工廠還能布置下特斯拉自研的電池產線嗎？

6 月 24 日，Fremont 市政府官網刊發(fā)了一個名為特斯拉項目擴建的環(huán)評清單，文件中提到該項目代號為 Project Roadrunner，又被叫做 Tera。

特斯拉自研電池的項目內部代號正是 Roadrunner。在今年 Q1 的財報會議上，Elon 曾經提到今后特斯拉超級工廠 Gigafactory 將以 Terafactory 取代。因此可以確定，該項目正是特斯拉自研電池產線所在工廠。

（Gigafactory 中的 Giga 來自電功單位 GWh（GigaWatt-hours），指以 100 萬 kWh 為產能單位的超級電池工廠。Terafactory 中的 Tera，來自電功單位TWh（Tera Watt-hour），指以 10 億 kWh 為產能單位的超級電池工廠。）

從谷歌地圖上查看，特斯拉自研電池工廠所在地距離特斯拉汽車工廠只有 2.5 英里，不到十分鐘車程。

特斯拉在文件中披露了更多信息：

工廠擴建后面積將達到 156,057 平方英尺（約 1.5 萬平米）

工廠完成擴建后運營耗電量將達到 92800 MWh/年

工廠按照 7 × 24 小時，共 470 名員工參與

工廠擴建預計在 3 個月內完成

最后這個完成時間很關鍵：6 月底開始擴建，特斯拉的電池日在 9 月下旬，到時候到場股東有機會見到特斯拉剛剛建設完畢，新鮮出爐的自研電芯生產系統(tǒng)。

Why – 為什么這樣做？

一個汽車制造商為什么要進入電池電芯的研發(fā)與制造，這是一個重要的問題。

2020 年的疫情掩蓋了電動汽車行業(yè)本身的矛盾：

1 月 23 日，奔馳 EQC 的產能規(guī)劃從 60,000 輛/年削減至 30,000 輛/年

2 月 10 日，捷豹奧地利格拉茨工廠的 I-PACE 產線停產

2 月 21 日，奧迪比利時布魯塞爾工廠 e-tron 產線停產

2 月 26 日，起亞 Niro 純電動車生產進入限制狀態(tài)

是這些純電動車市場需求不振嗎？實際情況比需求不振還要更糟糕：電池供應短缺。

上述純電動車型分別代表了各大跨國車企電動化轉型的先鋒產品，卻在短短一個月內先后遇上了電池供應短缺的問題。

如果對比特斯拉，矛盾更加凸顯：整個 2019 年，捷豹 I-PACE 銷量為 1.7 萬輛，奧迪 e-tron 為 1.9 萬輛，奔馳 EQC 為 0.04 萬輛，起亞 Niro 為 0.6 萬輛；而特斯拉，2019 年一年賣掉了 36.7 萬輛。

事實上，自 2018 年 Q3 起，特斯拉超級工廠的電池供應就時不時會成為特斯拉產能限制的核心因素之一。

在 2019 年的特斯拉年度股東大會上，Elon 承認電池產能是限制特斯拉產品上市的主要因素。而這里的背景是，特斯拉純電動半掛 Semi Truck 已經發(fā)布整整兩年，一直處在無米下鍋的窘境。


原標題： 為什么特斯拉要自研電池？