電池生產線

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

這標志著，特斯拉電池生產規劃進入了落地階段。

按照特斯拉的特點，推出的產品一般都會遠超同類產品性能。這次會例外嗎？

去年，特斯拉首席執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嗎？特斯拉是不是還藏有什么其他顛覆性的電池技術？特斯拉為自產電池，做了哪些準備？

1.研發儲備電池技術

馬斯克的底氣來自于之前研究團隊的最新成果，以及并購企業獲得的先進技術。

（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現，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：

“該發明涉及一項較少使用電解液添加劑的新型電池系統，能夠在包括車輛和電網儲能在內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，擁有更低的成本。”

根據專利申請書，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最好。

另外，在長時間的電池循環性能測試中，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性能表現。

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，結成合作伙伴關系。2016年6月，他們的合作伙伴關系開始生效。

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驗，被認為是鋰離子電池的先驅。他因幫助延長電池單體的生命周期而聞名于世。現在，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的實驗室已經發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果，可作為新電池技術的基準》）。

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

測試發現，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），并且在電網儲能中至少可持續20年。

Dahn團隊已經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，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。

注：紫色和綠色為Dahn團隊的測試結果，在接近4000個循環后，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

像特斯拉的電池一樣，采用主動冷卻系統，它可以將電池推至6000個循環以上，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團隊的測試發現，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

2019 年 2 月，特斯拉以 2．18 億美元溢價55％收購了Maxwell。Maxwell是業內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。

2018年，Maxwell的化學家和電池科學家在發表的一篇論文中描述了他們先進的涂層技術：“與傳統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：干電極以前已經過測試，但是在較高的充電和放電速率下以及經過許多次充電循環后，它們往往會失效。

Maxwell在論文中聲稱，他們的技術并不會如此。

據報道，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聲稱其電池技術在將近1500次循環后可保持近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干電極技術雖然并未走向商業化，但因為省去了干燥環節，相比傳統濕電極技術，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、新電解質添加劑、Maxwell的電池技術，僅僅是進入我們視野的特斯拉電池技術儲備，我們相信特斯拉一定還儲備了其他一些技術。

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，他們正在優化汽車的各個方面，包括輪胎，以實現最少的維護，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，他們制造的Model 3的續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100萬英里的續駛里程。

3.電池生產計劃：2019年浮出水面

特斯拉儲備這些技術，當然是為了自產電池做準備。

（1）自產電池計劃初露頭角

外界了解特斯拉打算生產電池，是從其收購Maxwell 開始。據了解，兩家公司早在多年前就已經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”。

自此，特斯拉自產電池之心，已經昭然若揭。

在特斯拉2019年的股東大會上，馬斯克強調稱，特斯拉產品的推出，受到電池生產規模的限制。

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：“我們需要大規模的電池生產解決方案。”

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

（2）招聘員工，生產電池設備

說干就干，先從生產電池設備開始。

前不久，外媒eletrek發現了特斯拉正在招聘“電池生產工程師”，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和部署以及歐洲新電池制造擴張計劃的規劃和執行。

目前尚不清楚特斯拉打算與電池生產商合作，還是自建電池廠。

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

無論如何，特斯拉自建電池廠的計劃，已是箭在弦上。一旦特斯拉實現自產電池，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電、電池生產、電動汽車生產、電動汽車運營的超級企業。