文 / 李超凡

北京時間9月23日凌晨，在被埃隆·馬斯克稱為“特斯拉史上令人激動的一天”的電池日（Battery Day）上，特斯拉發(fā)布了一系列新的電池技術(shù)，將讓電池成本大大降低，這也意味著特斯拉要降價了。

馬斯克稱特斯拉有信心在未來三年內(nèi)生產(chǎn)一輛售價僅為25000美元（約合17萬人民幣）的電動車，這會是史上最便宜的一輛特斯拉汽車。

這也是特斯拉首次專門針對電池技術(shù)舉辦發(fā)布會，對于特斯拉而言，甚至比發(fā)布任何一款新車都要重要。用外媒Teslarati的話來說，這或?qū)⒏淖冋麄€電動車行業(yè)的的未來。電池成本下降56%，史上最便宜的特斯拉要來了馬斯克在開場就點名表揚提到了特斯拉在中國上海的工廠，認為這家工廠用 15 個月就從荒地到開工，十分了不起。

馬斯克一如既往屢暴金句，他是這樣定義特斯拉這家公司的：特斯拉既是一家軟件公司，也是一家硬件公司，可以把我們的車看作是輪子上的筆記本電腦。

馬斯克還表示，目前電池生產(chǎn)面臨最大的兩個問題，一是電池規(guī)模有限，以及價格依舊過高。為了突破這個瓶頸，特斯拉需要在降低成本的同時提高能量密度。在今天的發(fā)布會，特斯拉也帶來了具體的解決方案。

特斯拉正式發(fā)布了一款無極耳電池，通過激光技術(shù)將傳統(tǒng)電池凸起的極耳結(jié)構(gòu)去掉，導(dǎo)電涂層直接與電池端蓋接觸，縮小電流移動的距離，并降低內(nèi)阻。

這款電池高80mm，直徑46mm，能量密度可提升五倍，最高或能達到200Wh/kg，增加16%續(xù)航，提供的電量增大6倍。

此外無極耳電極中的導(dǎo)電涂層與電池端蓋的有效接觸面積達到100%，使得散熱能力提升，也解決了電池過大容易導(dǎo)致的發(fā)熱問題。馬斯克強調(diào)，這款電池并不只是一個概念產(chǎn)品，而是有望實現(xiàn)量產(chǎn)。特斯拉還對電池中的硅進行重新設(shè)計，成本降至1美元/千瓦時，同時可以提升20%續(xù)航里程。還將推出無鈷電池，以鎳元素取代昂貴的鈷元素作為電池原材料。

未來特斯拉將在中高端車型采用這種含鎳電池，而在中低端車型將采用成本和能量密度都更低的磷酸鐵鋰電池。

除了電池設(shè)計，被馬斯克稱為“制造機器的機器”的生產(chǎn)工廠也至關(guān)重要。馬斯克表示新制造工藝能大幅提升工廠效率，單條生產(chǎn)線的產(chǎn)能可以達到現(xiàn)在同類產(chǎn)品的7倍。這樣一來，一條生產(chǎn)線上就能實現(xiàn)20GWh的電池產(chǎn)量，而整間工廠里能實現(xiàn)TWh級別的產(chǎn)能，目標在2022年達到100GWh產(chǎn)能，2030年達到3TWh，整體成本下降18%。電池工藝的變革也讓特斯拉對整車結(jié)構(gòu)進行調(diào)整，將電池直接集成到底盤框架中，這意味著電動車可以裝更多電池，續(xù)航也將隨之提升，甚至可能突破1000公里。

而且車尾也會采用一體鑄造工藝，大大節(jié)省生產(chǎn)流程和生產(chǎn)時間，讓每臺車減少40%的成本和79個零部件。最令人激動的是，馬斯克還“劇透”了一輛即將面世的新車，售價僅為25000美元（約合17萬人民幣），這也會是史上最便宜的一輛特斯拉汽車，比前段時間拼多多補貼的特斯拉還要便宜好幾萬。

這主要得益上述電池技術(shù)讓電池成本下降了56%，這無疑是電動車行業(yè)史上一個重要的里程碑。

至于什么時候能買到這輛特斯拉電動車，馬斯克早前在Twitter表示電池日上發(fā)布的產(chǎn)品要到2022年才能實現(xiàn)大批量生產(chǎn)，估計還要再等上一段時間。最后特斯拉還發(fā)布了新款Model S，百公里加速不到2秒，最高時速320km/h，續(xù)航832km，現(xiàn)在已經(jīng)可以預(yù)定，不過要到2021年才能交付。

特斯拉的電池革命早在2018年，馬斯克就在特斯拉自動駕駛投資者日的演講中提到過特斯拉的目標，是要生產(chǎn)整車成本低于3.8萬美金、電池運行里程160萬公里的車輛、3.5英里/kWh的超低能耗的電動車。

要實現(xiàn)這個目標的前提就是電池技術(shù)的革新，為此特斯拉找來了鋰電池專家、加拿大皇家科學(xué)院院士Jeff Dahn擔任特斯拉首席科學(xué)家，并提供“5年數(shù)額可觀的研究經(jīng)費”，旨在開發(fā)壽命更長，能量密度更高、成本更低的鋰離子電池。

去年Jeff Dahn團隊在《電化學(xué)學(xué)會雜志》發(fā)表了一篇論文，表示他們已經(jīng)研制出新一代鋰電池，可以為一輛電動汽車提供累計超過100萬英里（約合160萬公里）動力，而目前特斯拉Model 3電池壽命最高才80萬公里。據(jù)論文介紹，這種新型電池放電1000次之后還有95%的壽命，經(jīng)過4000次循環(huán)后也只消耗10%，而一般的鋰電池提供1000-2000次的放電循環(huán)。

這款電池的使用壽命能達到一般電池的2-3倍，是因為采用了新一代單晶NCM陰極和新型電解質(zhì)，這種單晶體納米結(jié)構(gòu)在充電過程中更加穩(wěn)定，不容易產(chǎn)生破裂而導(dǎo)致電池性能和壽命衰減。160萬公里行駛里程是什么概念？按照Medium一篇文章的說法，以美國人私家車的平均使用年限和平均總里程計算，這足夠讓一輛汽車在路上跑76年。

即便按照中國私家車60萬行駛里程的報廢標準，160萬公里壽命的電池意味著你把車開到報廢電池也還能再用好幾十年，不禁讓人懷疑，這樣過剩的性能真的有必要？當然有必要。首先“160萬公里電池”可以讓電動車的保值率提升，這會給消費者更大的購買動力。過去電動車的保值率一直低于燃油車，最主要的原因就是電池壽命短，這大大降低二手車的價值。長續(xù)航的電動車還可以用于行駛公里更長的出租車和長途貨運，據(jù)統(tǒng)計一輛卡車每年可以行駛16萬公里到24萬公里。

平安證券一份報告指出，“160萬公里電池”或?qū)⒂糜谔厮估臒o人出租車Robotaxi。馬斯克曾表示特斯拉計劃在2020年底前生產(chǎn)100萬輛Robotaxi，以一輛Robotaxi每天運行300公里計算，“160萬公里電池”可以讓Robotaxi在不更換電池的情況下持續(xù)使用15年。Waymo無人駕駛出租車.此外在車輛生命周期結(jié)束后，電池還能收回利用，用于低配車型，或者太陽能等有儲能需求的領(lǐng)域，進一步降低電池的使用成本。

除了組建研發(fā)團隊，特斯拉去年還先后收購超級電容生產(chǎn)商Maxwell和鋰電設(shè)備制造商 Hibar 來提升自己的電池制造工藝。Maxwell是全球第一的超級電容器生產(chǎn)商，在電池領(lǐng)域擁有超級電容和干電極技術(shù)兩項核心技術(shù)。

和智能手機類似，電動車緩解續(xù)航焦慮的另一個方式是提高充電效率。超級電容可以電池提升快充效率，在10分鐘內(nèi)可達到其額定容量的95%，同時有更長的循環(huán)使用壽命，此前特斯拉主要通過升級充電樁來實現(xiàn)快充，其中去年推出的V3超級充電樁，支持最高250kW充電功率。部分Model 3車型充電15分鐘就可行駛250公里。

此外超級電容的工作溫度范圍更大，可以在-40℃～+70℃的環(huán)境下正常運行，能緩解電動車在冬季常遇到的續(xù)航衰減問題。至于干電極技術(shù)則可以大幅提升電池的能量密度，目前Maxwell電極已經(jīng)可實現(xiàn)超過300Wh/kg的能量密度，預(yù)計今年就能達到385Wh/kg，到2025年后達到500Wh/kg。

此前特斯拉能量密度最高的電池，是Model 3采用的松下2170電池電芯，能量密度為260wh/kg。馬斯克曾經(jīng)說過，當動力電池的能量密度達到了400Wh/kg，商用的電動飛機就具備可行性。一位從事電池研發(fā)多年的技術(shù)人員Tiger曾說，現(xiàn)階段電池的技術(shù)瓶頸主要在能量密度、循環(huán)壽命和溫度特性，這讓電動車在里程、安全、成本幾方面面臨較大問題。

電動車內(nèi)電池組的單節(jié)電池上述這些電池技術(shù)都在一定程度上解決了里程焦慮和安全性的問題，但如果不能進一步降低成本，電動車要大規(guī)模普及依舊有一定難度。不過這也是馬斯克擅長的，SpaceX通過火箭再回收大大降低成本，而在特斯拉電動車上，新的電池技術(shù)將承擔這個重任。

馬斯克想讓燃油車成為一匹昂貴的馬。2008年2月，特斯拉交付了首款量產(chǎn)的電動車Roadster，用的是松下生產(chǎn)的18650鈷酸鋰電池，電池的成本高達600-800美元/kWh，是汽油價格的3-4倍。整車售價達到109000美元，注定這是富人的玩具。

要降低電動車成本，關(guān)鍵在于降低電池成本，因為電池組就能占到電動車成本的一半左右。美國能源部曾提出將電池成本的目標定位為100美元/kWh，一旦達到這個水平，電動車的價格就可以和燃油車達到同一個水平。據(jù)外媒Electrek報道，特斯拉內(nèi)部的電池項目Roadrunne，就是以大規(guī)模量產(chǎn)成本100美元/kWh的新型電池為目標。

然而十年前行業(yè)電池系統(tǒng)的成本普遍超過1000美元/kWh，不少電池專家都認為100美元/kWh的目標不太可能實現(xiàn)，因為電池的效率提升速度遠未達到現(xiàn)芯片領(lǐng)域每18個月增加1倍的摩爾定律。不過投資機構(gòu)瑞銀一份報告顯示，松下和特斯拉生產(chǎn)的鋰電池成本已經(jīng)低至111美元/kWh，已經(jīng)是電池行業(yè)內(nèi)的第一名，距離100美元/kWh 的目標只有一步之遙。

為什么電動車的電池的成本這么高？很大一部分原因是來自鈷這種電池原材料。在包括特斯拉在內(nèi)的大部分電動車中，鈷是重要的電池原材料，它可以防止電池過熱和延長使用壽命等。而鈷是一種稀有金屬，儲量有限，全球已探明的鈷礦儲量大約700萬噸，按照去年14萬噸的開采量計算，50年后鈷將被耗盡，而電動車數(shù)量的增加還會把這個時間提前。加上全球超過一半的鈷儲量都集中在動蕩不安的剛果，讓鈷的價格不斷攀升，2018年甚至突破了66萬元/ 噸，這讓電池的成本居高不下。那么難道就不能不用鈷來制作電池嗎？當然可以，目前已經(jīng)被驗證的兩種電池技術(shù)，一種是含鈷的三元鋰電池，另外一種就是不含鈷的磷酸鐵鋰電池，后者的成本更低且壽命更長。據(jù)路透社報道，特斯拉正在和國內(nèi)電池巨頭寧德時代生產(chǎn)一種磷酸鐵鋰電池，電池組成本甚至降到了80美元/KWh，國產(chǎn)Model 3在工信部的新車目錄中已經(jīng)出現(xiàn)了磷酸鐵鋰電池版本。

用磷酸鐵鋰電池降低成本的代價是能量密度的下降，這意味著同等質(zhì)量下磷酸鐵鋰電池的續(xù)航能力要比含鈷的三元鋰電池低，不能同時解決里程焦慮和成本問題。以寧德時代為例，能通過CTP技術(shù)讓磷酸鐵鋰電池能能量密達到160wh/kg，這已經(jīng)是目前磷酸鐵鋰電池的極限，不過比起特斯拉采用的三元鋰電池還有不小距離。

比亞迪的“刀片電池”也是磷酸鐵鋰電池，不過“無鈷化”確實是電池發(fā)展的方向，盡管目前特斯拉的電池暫時還離不開鈷，但歷代產(chǎn)品電池的鈷含量在不斷降低，而在今天的電池日上特斯拉也重點介紹了無鈷電池。擔任特斯拉首席科學(xué)家的Jeff Dahn在一次采訪中表示，他們所做的一切都是針對三個目標：降低電池成本、延長使用壽命和提高能量密度。

要實現(xiàn)其中一個目標并不算難，但同時實現(xiàn)這三個目標才稱得上是革命性的創(chuàng)新。過去20年可商用的電池技術(shù)沒有取得太大突破，但激增的市場需求迫使人類要盡快找到更好的電池方案，《自然》雜志曾在2018年預(yù)測“我們距離鋰電子電池革命僅剩下10年?！?/p>

今天特斯拉的電池日，可以說是鋰電池革命重要的一步。電動車要普及，降低成本是必由之路，但如果同時不能在使用壽命和能量密度上取代突破，要取代燃油車依舊不容易。馬斯克曾表示，他希望除了火箭，所有交通工具都可能實現(xiàn)電動。要實現(xiàn)這個夢想，首先就要讓電動車的競爭力不亞于燃油車，讓消費者覺得燃油汽車已經(jīng)過時，就像卡內(nèi)基·梅隆大學(xué)教授Venkat Viswanathan所說的：馬斯克希望讓你把燃油汽車看作是一匹昂貴的馬。