電池生產(chǎn)線

特斯拉正在弗里蒙特建立一條試點電池生產(chǎn)線，并設計自己的設備來生產(chǎn)電池。這條生產(chǎn)線上的電池將是特斯拉生產(chǎn)的第一批自產(chǎn)電池。

這標志著，特斯拉電池生產(chǎn)規(guī)劃進入了落地階段。

按照特斯拉的特點，推出的產(chǎn)品一般都會遠超同類產(chǎn)品性能。這次會例外嗎？

去年，特斯拉首席執(zhí)行官埃隆馬斯克就表示，他們制造的Model 3可以像商用卡車一樣，達到100萬英里（160萬公里）的使用壽命，電池模組的使用壽命應該在30萬英里至50萬英里之間。

這是不是吹牛？100萬英里的動力電池，采用了什么特殊的材料或者技術(shù)嗎？特斯拉是不是還藏有什么其他顛覆性的電池技術(shù)？特斯拉為自產(chǎn)電池，做了哪些準備？

1.研發(fā)儲備電池技術(shù)

馬斯克的底氣來自于之前研究團隊的最新成果，以及并購企業(yè)獲得的先進技術(shù)。

（1）新型電解液添加劑提升電池性能

特斯拉的電池研究團隊發(fā)現(xiàn)，新型電解液添加劑也能提升電池性能。

2018年9月，Jeff Dahn及其團隊發(fā)表了一項名為《Dioxazolones and nitrile sulfites as electrolyte additives for lithium－ion batteries》（《二惡唑酮和亞硫酸氰作為鋰離子電池電解液添加劑》）的國際專利。

他們在專利申請中寫道：

“該發(fā)明涉及一項較少使用電解液添加劑的新型電池系統(tǒng)，能夠在包括車輛和電網(wǎng)儲能在內(nèi)的不同儲能應用中使用。

更具體地說，這項專利包含了一種能增強鋰離子電池的性能及壽命，同時比依賴其他添加劑的系統(tǒng)，擁有更低的成本。”

根據(jù)專利申請書，該研究工作的最大亮點是描繪了一種采用了新近開發(fā)的電解液添加劑MDO，以及兩種新的添加劑PDO與BS，所制成的NCM523／石墨材料鋰離子軟包電池。

實驗結(jié)果表明，不同的化學成分配比可造成電池性能差異。

例如，在電池使用過程中，MDO和PDO均會在石墨電極表面形成保護固體電解液界膜（SEI），而BS則不會。

作為單獨使用的添加劑，采用PDO作為電解液添加劑的電池性能表現(xiàn)最好。

另外，在長時間的電池循環(huán)性能測試中，2％PDO＋1％硫酸乙烯（DTD）的電解液添加劑組合、2％PDO＋1％二氟磷酸鋰（LFO）的電解液添加劑組合，比含有碳酸亞乙烯酯（VC）的電池擁有更好的循環(huán)性能表現(xiàn)。

對特斯拉的這個電池研究團隊，大家或許有些陌生。

早在2015年，特斯拉就贊助達爾豪斯大學的Jeff Dahn的電池研究小組，結(jié)成合作伙伴關(guān)系。2016年6月，他們的合作伙伴關(guān)系開始生效。

Jeff Dahn電池研究小組簡介

Jeff Dahn在鋰離子電池領域有著多年的研究經(jīng)驗，被認為是鋰離子電池的先驅(qū)。他因幫助延長電池單體的生命周期而聞名于世。現(xiàn)在，他的工作主要集中在能量密度和耐用性的潛在增長上。

Jeff Dahn

（2）新型電池——電池壽命可達100萬英里

2019 年 9 月 6 日，Jeff Dahn的實驗室已經(jīng)發(fā)布了一項新型電池的測試論文——《A Wide Range of Testing Results on an Excellent Lithium－Ion Cell Chemistry to be used as Benchmarks for New Battery Technologies》（《出色的鋰離子電池化學性能的廣泛測試結(jié)果，可作為新電池技術(shù)的基準》）。

論文描述了，Dahn團隊測試單晶NCM正極和新型先進電解質(zhì)的鋰離子電池情況。

測試發(fā)現(xiàn)，這種類型的電池應該能夠為電動汽車供電超過100萬英里（160萬公里），并且在電網(wǎng)儲能中至少可持續(xù)20年。

Dahn團隊已經(jīng)對這種類型的電池用長達3年的完成了某些測試。測試包括在20、40和55℃下的長期充放電循環(huán)，在20、40和55℃下的長期儲存，以及在40℃的高精度庫侖法測試。

根據(jù)測試，這類電池即使在40℃的極端溫度下，這些電池也可以達到近4000個循環(huán)。

注：紫色和綠色為Dahn團隊的測試結(jié)果，在接近4000個循環(huán)后，電量還能保持在85％以上，另外三個為對比項

注：在不同溫度的存儲時間和剩余容量關(guān)系測試中，Dahn團隊（綠色）的電池在超過400天的測試中，余電都保持在85％以上，黑色為對比的磷酸鐵鋰電池表現(xiàn)

像特斯拉的電池一樣，采用主動冷卻系統(tǒng)，它可以將電池推至6000個循環(huán)以上，也就是說很容易超過100萬英里。

注：如果將電池保持在 20°C 的平均溫度，這些電池將在 EV 中提供超長的總行駛里程。即使電池持續(xù)在 40°C 下運行，仍可達到10 年壽命，達到 70％的容量，預計總行駛距離為 1，200，000 km。

Dahn團隊的測試發(fā)現(xiàn)，適當設計的NCM／石墨電池，比 LFP／石墨電池具有更長的存儲壽命。由于NCM／石墨電池的體積和比能量密度，比LFP／石墨電池大得多，不再需要在能量密度和壽命之間進行權(quán)衡。

令人驚奇的是，這項測試的電池并沒有用什么特殊材料，而是比較普通的電池。如下圖，測試采用的電池是403025軟包，能量密度在200Wh／kg。

注：在 30°C 和 C ／ 10 在 3．0 至 4．3 V 之間測量

其實，特斯拉在提升電池性能上并非只依靠Dahn團隊。

（3）收購Maxwell，獲取先進技術(shù)

2019 年 2 月，特斯拉以 2．18 億美元溢價55％收購了Maxwell。Maxwell是業(yè)內(nèi)知名的超級電容器制造商，不過，這次特斯拉看上的是他家的干電池技術(shù)。

2018年，Maxwell的化學家和電池科學家在發(fā)表的一篇論文中描述了他們先進的涂層技術(shù)：“與傳統(tǒng)的漿料澆鑄濕法涂覆電極不同，Maxwell的DBE具有顯著的高負載能力，并能生產(chǎn)出厚的電極，可用于高能量密度的電池，而不會影響物理性能和電化學性能。Maxwell的DBE的放電速率能力比濕式涂層電極好。Maxwell通過生產(chǎn)堅固的卷狀自支撐干式涂膜電極膜（具有出色的長期電化學循環(huán)性能），展示了可擴展性，并制造了大于10Ah容量的大型軟包電池原型。”

該公司表示，它由一種可以變成干燥涂層電極的粉末組成：干電極以前已經(jīng)過測試，但是在較高的充電和放電速率下以及經(jīng)過許多次充電循環(huán)后，它們往往會失效。

Maxwell在論文中聲稱，他們的技術(shù)并不會如此。

據(jù)報道，與沒有干電極的相同電池相比，它們的電池能夠以更高的放電速率維持其容量。

他們聲稱還證明了“一組5個裝有干式涂層電極的電池在2C放電時的容量保持率超過90％。”

Maxwell電池樣品

在壽命方面，Maxwell聲稱其電池技術(shù)在將近1500次循環(huán)后可保持近90％的容量保持力。

按照特斯拉電池組使用情況來看，大約每周充電一次即可（根據(jù)使用情況而定），這意味著可以正常使用將近30年，之后容量下降到其原始容量的90％左右。

此外，Maxwell還聲稱，其電極在當前的演示電池中能實現(xiàn)超過300 Wh ／ kg的能量密度，并且他們看到了通往500Wh／kg以上的道路。

Maxwell干電極技術(shù)雖然并未走向商業(yè)化，但因為省去了干燥環(huán)節(jié)，相比傳統(tǒng)濕電極技術(shù)，流程更加簡單，能源消耗更低，設備投入更少，也減少了CO2和溶劑干燥時其他污染物的排放，甚至生產(chǎn)的占地面積也會更小，這無疑對未來特斯拉控制成本，有很大的幫助。

長壽命電池、新電解質(zhì)添加劑、Maxwell的電池技術(shù)，僅僅是進入我們視野的特斯拉電池技術(shù)儲備，我們相信特斯拉一定還儲備了其他一些技術(shù)。

2.長壽命電池為Robotaxi打下基礎

在上述測試論文中，Dahn團隊特別提到，長壽命電池對于運營類車輛的好處，尤其對“自動駕駛出租車”很有用。

自動駕駛出租車要全天駕駛，遠程電動卡車也幾乎是100％的放電深度，因此，進一步提升循環(huán)壽命，對這幾類車型十分有必要。

資料來源：《A Wide Range of Testing Results on an Excellent Lithium－Ion Cell Chemistry to be used as Benchmarks for New Battery Technologies》

這項技術(shù)正好達到了馬斯克的要求。馬斯克的愿景是，特斯拉的車主不僅可以在日常通勤中使用他們的汽車，剩下的時間，可以利用車輛上的自動駕駛功能，提供出租車服務，并從中獲利。

馬斯克表示，特斯拉將使用自己的車隊來填補服務缺口，其中包括Model 3租賃汽車。

馬斯克還透露說，他們正在優(yōu)化汽車的各個方面，包括輪胎，以實現(xiàn)最少的維護，從而打造出“超高效”的自動駕駛出租車。

馬斯克曾表示，采用這一技術(shù)，他們制造的Model 3的續(xù)駛里程可以和商用卡車一樣長，達到100萬英里（160萬公里），電池模組的使用壽命應該在30萬英里到50萬英里之間。

“特斯拉不會更換整個電池包，但他們將提供5，000－7，000美元之間的電池模組更換服務。”也就是說，全生命周期更換2－3次電池組，就能達到累計100萬英里的續(xù)駛里程。

3.電池生產(chǎn)計劃：2019年浮出水面

特斯拉儲備這些技術(shù)，當然是為了自產(chǎn)電池做準備。

（1）自產(chǎn)電池計劃初露頭角

外界了解特斯拉打算生產(chǎn)電池，是從其收購Maxwell 開始。據(jù)了解，兩家公司早在多年前就已經(jīng)開始探討合作的可能性。

收購Maxwell后，近半年多的時間，特斯拉再次悄悄收購了總部位于加拿大的電池制造和工程公司Hibar Systems。該公司此前剛推出完整的“高速鋰離子電池制造系統(tǒng)”。

自此，特斯拉自產(chǎn)電池之心，已經(jīng)昭然若揭。

在特斯拉2019年的股東大會上，馬斯克強調(diào)稱，特斯拉產(chǎn)品的推出，受到電池生產(chǎn)規(guī)模的限制。

曾擔任特斯拉領先電池專家一段時間的特斯拉CTO JB Straubel補充說：“我們需要大規(guī)模的電池生產(chǎn)解決方案。”

盡管他們并沒有直截了當?shù)卣f自己將接手電池生產(chǎn)，但特斯拉技術(shù)副總裁Drew Baglino已經(jīng)暗示的非常明顯，他們希望在這一領域成為“自己的命運主人” 。

（2）招聘員工，生產(chǎn)電池設備

說干就干，先從生產(chǎn)電池設備開始。

前不久，外媒eletrek發(fā)現(xiàn)了特斯拉正在招聘“電池生產(chǎn)工程師”，從而了解到，特斯拉正在加州的弗里蒙特建設電池試點生產(chǎn)線。

工作描述：

來源：eletrek

此外，特斯拉還列出了電池設計人員，分析師和測試人員的工作。

歐洲方面，特斯拉也在招聘，并透露其將在歐洲進行電池制造擴張的新計劃：負責規(guī)劃管理新的電池制造和設備工程項目的崗位，需要推動新制造設備和工藝的開發(fā)和部署以及歐洲新電池制造擴張計劃的規(guī)劃和執(zhí)行。

目前尚不清楚特斯拉打算與電池生產(chǎn)商合作，還是自建電池廠。

除了技術(shù)、專利和生產(chǎn)企業(yè)等層面的積累，特斯拉在電池原材料上，也有著豐富的經(jīng)驗與資源。例如，在與松下合作生產(chǎn)電池期間，特斯拉已經(jīng)逐漸參與到供應鏈當中，與贛鋒鋰業(yè)、基德曼、Pure Energy Minerals等公司都有著良好的合作關(guān)系。

無論如何，特斯拉自建電池廠的計劃，已是箭在弦上。一旦特斯拉實現(xiàn)自產(chǎn)電池，全球動力電池廠商的格局可能大幅變化。而特斯拉可能成為太陽能發(fā)電、電池生產(chǎn)、電動汽車生產(chǎn)、電動汽車運營的超級企業(yè)。