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特斯拉制定"燃油车退出时间表"

文｜罗峰

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9月22日特斯拉在Fremont举行了2020年股东大会和电池日，向外界展示了该公司在电池研发，生产以及制造方面的多项创新。创新的目标都围绕一个主题——加速世界向可再生能源转型。

下一个十年计划

2006年8月，特斯拉CEO马斯克在他的秘密计划1）里发布了该公司的主计划：

生产电动跑车
用赚来的钱生产不太昂贵的电动车
用赚来的钱生产更经济的车型
在做上面事情的同时提供用清洁能源发电的产品

14年过去了，电动汽车已经成为大势所趋。2019年全球电动汽车（插电）销量达到了210万辆，占到全年汽车总销量的2.6%；同时电动汽车存量达到了720万辆，占到全球小型汽车保有量的1% 。2）

然而，这样的发展速度对于马斯克来说还是太慢了。

按照特斯拉的计划，要达到100%用电池驱动交通运输行业，全球电池年产能要达到10TWh（1TWh = 1000GWh），而2019年这个数字才是100GWh，也就是说还要增长100倍。而达到100%可再生能源的存储同样也需要10TWh的电池产能，目前这个数字才是6GWh，这个差距就更大。

为了在2030年达到这个目标，特斯拉发布了十年计划:

到2030年特斯拉电池年产能达到3TWh，约占全球电池产能的15%
到2030年特斯拉电动汽车产能达到2千万辆，约占全球汽车产能的20%以上

这个目标显然不是特斯拉一家公司能够达到的，需要整个产业链的协同合作，包括电池制造设备生产商，电芯供应商，原材料生产商等。所以这也是这次电池日的一个目的，促进整个产业链加大对未来的投资。

除了10年计划以外，特斯拉还有一个3年计划:

发布25000美金（约17万人民币）的经济车型
特斯拉自行生产的电池年产能达到100GWh

而这所有的计划都必须有一个可行的方案，这就是这次电池日的主要内容。

先说结果，特斯拉有望通过各种创新，将电动车里程增加54%，电池成本降低56%，电池工厂的投资支出降低69%。

电池创新带来的价值

电池创新

那么通过哪些创新呢？

主要有电池设计，电池工厂，阳极材料，阴极材料以及电池和车体一体化5个方面。

电池创新的5个领域

创新一：大尺寸电池

特斯拉在Model S/X上面使用的是1865型号的电池，而在Model 3/Y上面使用的是2170号电池。

电池1865 vs 2170

这里18指的是直径为18毫米，而65指的是电池高度为65毫米。2170号电池的蓄能比1865号电池高出了50%。

而这次特斯拉推出的大尺寸电池直径为42毫米，高度80毫米。

特斯拉4280大尺寸电池

蓄能比2170电池提高了5倍，功率提高了6倍，用这种电池组装成的同样大小的电池包里程将提高16%。做大电池还有一个好处，你想啊，原本一辆电动汽车需要4000个左右的小型号电池，用了大尺寸电池以后，同样的一个电池包只要1000个不到了，是不是大大降低了电池需要的数量。

其实做大电池尺寸本身并不难，但是在大电流充电的时候会引起温度过高，所以只能降低充电速度，而本身电动汽车充电速度相比燃油车加油就是一个弱点，所以降低充电速度对于电动汽车来说是不能接受的退步。而特斯拉通过创新（Tabless Battery），去掉了电池的极耳，解决了大电池充电时温度过高的问题。

无极耳电池

然而也并不是电池做的也大越好，太大了电池之间会产生大的空隙，不利于整个电池包的里程提高。

创新二：电池工厂

特斯拉在电池生产过程中的各个模块都做了改进和创新，降低了大规模生产的难度和成本。

电池生产流程

在电极生产模块，特斯拉引入了此前收购的Maxwell的干电极技术，省去了电极生产过程中需要的大型烘干设备（几十米长）以及烘干所需要的时间。从而让电极生产的工厂大小变成原来的十分之一，而烘干所需要的能耗降低了90%。

此外在电池组装模块，特斯拉2017年收购了德国的一家自动化设备生产商Grohmann，2019年又收购了加拿大的一家公司Hibar，在此基础上开发了高速自动化生产线，将生产线的产能提高到了20GWh，是此前生产线产能的7倍。也就是说此前需要建设7个电池工厂才能达到的产能，现在一个电池工厂就可以完成了。

在电池组装完成以后的化成阶段——使电池正负极活性物质被激发，最后使电池具有放电能力的电化学过程称为化成——特斯拉通过自己的电力电子技术研发生产的化成设备，可以同时对大批量电池进行化成，极大提高了效率，使得化成设备的投资支出降低了86%，设备的占地面积降低了75%。

所有这些电池生产工艺的创新，使得特斯拉可以在不到当前内华达超级工厂（GIGA1，设计产能为150GWh）大小的工厂内将产能拉升到1TWh（1000GWh），同时将建设每GWh工厂的资本支出降低75%。

TWh超级工厂

创新三：阳极材料

阳极材料方面，当前的处理工艺价格昂贵，特斯拉的新工艺是直接在硅原料基础上，添加弹性的离子导电聚合物涂层，使得硅结构不易在充放电的过程中破碎，大大降低了阳极材料的价格，同时还能将续航能力提高20%。

硅原料处理

创新四：阴极材料

阴极材料主要是金属氧化物，比较常见的是三元锂电池——镍钴铝（NCA, LiNixMnyCozO2），镍钴锰（NCM, LiNiCoAlO2）和磷酸铁锂（LFP, LiFePO4）等。

阴极和阳极材料就好比书架，锂离子在阳极和阴极之间流动的过程中，这个书架需要保持好它的结构，并且最好能够发进去足够多的书（电池储能能力）。

铁的价格非常便宜，只有镍的三分之一左右，但是储能能力大概只有镍的一半，所以在电池密度需求不是那么高的情况下，磷酸铁锂LFP电池是更佳的选择。另外磷酸铁锂电池还有一个优点就是寿命也特别长。

镍由于它超强的储能能力以及适中的价格，在高密度电池里得到了广泛的应用。

钴的储能能力和镍相当，但是价格是镍的两倍，所以电池厂商都在致力于降低或者去除掉钴，特斯拉也不例外，特斯拉通过新型的涂层和参杂技术，最大化镍的比例，去除钴，从而将阴极材料的成本降低15%。

就像上面提高到，不同阴极技术适用于不同的应用场景，特斯拉也采取了不同的阴极材料策略。

不同的阴极材料策略

对于能量密度要求不是那么高的场景——比如大规模能源存储，中等里程电动车等，用基于铁的阴极材料。
对于能量密度要求高的场景——比如长里程电动车，家用储能电池等——用基于镍+锰的阴极材料。这里镍和锰的比例约为2：1，由于镍的开采能力有限，所以加入锰可以降低对镍原材料的过度依赖。
对于能量密度要求高，而且空间敏感的场景——比如电动卡车，电动皮卡等——用高比例镍的阴极材料。

另外特斯拉对于阴极的生产工艺也做了大幅度的简化，从而将阴极生产的资本支出降低了66%，生产运营支出降低了76%。

创新五：电池和车体一体化

今年2月份的时候特斯拉申请了专利——一种用于汽车零件压铸的新型铝合金，这种铝合金具有高强度，容易铸造，而且不需要再做表面热处理。在此基础上，特斯拉开发了世界上目前最大的铸造机，将Model Y的整个后车身变成一个铸造件，从而节省40%的成本，减少了79个部件。

Model Y后车身（单个铸造件）