自2009年開(kāi)始特斯拉和松下合作生產(chǎn)高密度汽車電池，以減輕成本、技術(shù)壓力。在擁有業(yè)界最先進(jìn)的電機(jī)、電控技術(shù)，需求不斷飆升的背景下，特斯拉加大了全球化步伐，并擁有了更多電池供應(yīng)鏈伙伴。

不久前路透社報(bào)道特斯拉將采購(gòu)寧德時(shí)代的（無(wú)鈷電池）磷酸鐵鋰離子電池，預(yù)計(jì)應(yīng)用于低配版國(guó)產(chǎn)特斯拉車型，標(biāo)準(zhǔn)版和長(zhǎng)續(xù)航版依舊使用LG化學(xué)的NCM811電池。

之后特斯拉將自建電池生產(chǎn)線，盡管電池自主才是特斯拉未來(lái)降低成本的終極方法，但是在此之前，仍然會(huì)有大批產(chǎn)業(yè)鏈相關(guān)公司受益。

被電池供應(yīng)鏈扼住咽喉，三代特斯拉不斷變動(dòng)電池方法

新能源汽車電池使用的是鋰離子電池，而鋰離子電池的差異性，是它們的正、負(fù)極和電解液使用材料除鋰以外組合的不同決定的。電池的正極組合在發(fā)展過(guò)程中變化是比較大的，但是負(fù)極組合就一直比較穩(wěn)定。

鋰離子電池負(fù)極材料一般被劃分為兩個(gè)類別，一類是碳材料例如天然石墨，一類是非碳負(fù)極材料例如硅基材料。因?yàn)樗麄兊幕瘜W(xué)性質(zhì)比較穩(wěn)定。

不同的地方在于，硅的能量容量是碳的10倍，但是從空載到完全充電，石墨體積膨脹7%-10%，硅膨脹300%-400%。顯然硅在儲(chǔ)能上更加有潛力，但是過(guò)度的收縮也會(huì)影響電池壽命，因此特斯拉鋰離子電池的負(fù)極采用的是石墨和硅的氧化物。

這也就不難理解，為何2008年到2012年，特斯拉開(kāi)始在Roodster和Model車型上使用寬18mm、高65mm的18650型號(hào)的小單元組電池。因?yàn)樾卧M給到了膨脹空隙，并且不用一整塊電池一起充放電，通過(guò)動(dòng)力管理軟件可以實(shí)現(xiàn)單一管理，合理的充放電減輕每個(gè)單元的壓力，有利于延長(zhǎng)電池的使用壽命。

特斯拉的核心技術(shù)壁壘正是管理這幾千個(gè)圓柱形小電池的電池管理系統(tǒng)和電池冷卻系統(tǒng)。

特斯拉電池管理系統(tǒng)能準(zhǔn)確估測(cè)動(dòng)力鋰電池組的電池剩余電量，并在充放電過(guò)程中，實(shí)時(shí)采集電池組中的每塊電池的端電壓和溫度、充放電電流及電池包總電壓，防止過(guò)充過(guò)放。同時(shí)能夠及時(shí)給出電池狀況，選擇出有問(wèn)題的電池，保持整組電池可靠高效運(yùn)行。

特斯拉的電池冷卻系統(tǒng)，是一套專門的液體循環(huán)溫度管理系統(tǒng)，冷卻液由50%的水和50%的乙二醇混合而成，從進(jìn)水口進(jìn)入冷卻液扁管，在管路圍繞每一節(jié)單體電池流動(dòng)，從出水管流出帶走熱量，熱量最終會(huì)在車輛頭部熱交換器散發(fā)出去完成循環(huán)。

從正極材料來(lái)看，特斯拉18650型號(hào)的電池屬于三元鋰離子電池，也就是使用了三種元素組合的鋰離子電池，這三種材料為鎳、鈷、錳/鋁，也就是主流的鎳鈷錳（NCM）和鎳鈷鋁（NCA）兩種組合。

2016到2018年期間，特斯拉ModelS和ModelX同樣也是使用松下18650型號(hào)電池，但是其中鈷的含量從11kg每車下降到7kg每車。

2018年開(kāi)始，Model3的電池有了較大突破，從18650電池升級(jí)成了21700電池，能量密度達(dá)260-280Wh/kg，而鈷含量下降到4.5kg左右。除此之外，還在電池模組上提升了電池的集成度和空間利用率，還進(jìn)行了灌膠處理。將鋁合金的模組結(jié)構(gòu)變成了塑料件，在保證承重的前提下，實(shí)現(xiàn)了輕量化。

特斯拉歷代車型采用的鋰離子電池一直在向低鈷化發(fā)展。2012年，特斯拉在ModelS上，鈷的使用量是11千克/輛車；2018年，特斯拉在Model3上，鈷的使用量為4.5千克/輛車，消耗量?jī)H為2.8%。同年，馬斯克在推特上表示：下一代電池含鈷量要為零。

確定去鈷趨勢(shì)背景下，磷酸鐵鋰和三元電池的持續(xù)升級(jí)

電動(dòng)汽車中的動(dòng)力鋰電池部分一般占到了整車成本的40%以上。而鋰離子電池使用的稀有金屬材料的價(jià)格又決定了動(dòng)力鋰電池的成本。據(jù)知識(shí)流了解，正極材料中鎳、鈷、錳三種原材料在今年二月份的價(jià)格分別為10.3萬(wàn)元/噸、27.6萬(wàn)元/噸、1.3萬(wàn)元/噸。

目前鈷的價(jià)格就遠(yuǎn)高于鎳和錳，但是未來(lái)鈷的價(jià)格還有持續(xù)上漲的需求。一方面，根據(jù)CRU的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，鈷的全球供應(yīng)量中約有10%-15%源自手抓礦，下游廠商不得不加強(qiáng)對(duì)供應(yīng)鏈的管理，盡量防止涉及人權(quán)問(wèn)題來(lái)源的鈷原料。另外一方面，隨著5G技術(shù)的發(fā)展，智能終端關(guān)于鈷的需求量也會(huì)更加旺盛。

為了降低成本，近年來(lái)各大電池廠都致力研發(fā)鈷含量更低的電池，三元電池從523到622再到811，鈷的含量一步步降低。我國(guó)車企和電池廠商致力發(fā)展的方向也是完全不含有鈷的磷酸鐵鋰離子電池。

根據(jù)高工鋰電，從2019年動(dòng)力鋰電池裝機(jī)量看，三元電池裝機(jī)量約38.39GWh，同比上升25%，占比約61.5%，占比提升7.7%，磷磷酸鐵鋰離子電池裝機(jī)量約為19.98GWh，同比下降7%，占比32%，占比下降5.8%，錳酸鋰離子電池裝機(jī)電量約0.51GWh，同比下降54%；鈦酸鋰離子電池裝機(jī)電量約0.38GWh，同比下降23%。

在動(dòng)力鋰電池領(lǐng)域，三元鋰離子電池和磷酸鐵鋰離子電池是兩大主流，而三元鋰和磷酸鐵鋰的優(yōu)缺點(diǎn)非常明顯并且互補(bǔ)。三元鋰離子電池能量密度高、抗低溫效果好，碳酸鋰離子電池成本低、安全性能更高。

三元鋰離子電池能量密度基本能達(dá)到240Wh/kg，幾乎是磷酸鐵鋰離子電池140Wh/kg的1.7倍。燃油車和電動(dòng)汽車相比燃油能出現(xiàn)多余熱量，但是電動(dòng)力卻要嚴(yán)格控制電池發(fā)熱，所以在低溫情況下電動(dòng)汽車要用更多額外的能量供應(yīng)室內(nèi)供暖，這就會(huì)影響到低溫情況下的續(xù)航表現(xiàn)。三元鋰離子電池低溫使用下限值為零下30度比碳酸鐵鋰更低，同時(shí)在相同低溫條件下，磷酸鐵鋰離子電池衰減是三元鋰離子電池的兩倍。

盡管大部分主流車企主流車型會(huì)首選三元電池，并且裝機(jī)量呈上升趨勢(shì)，更看重的是續(xù)航能力。但是我們也能看到，目前特斯拉國(guó)產(chǎn)Model3長(zhǎng)續(xù)航版確認(rèn)三元電池方法，而低配版國(guó)產(chǎn)特斯拉車型將采購(gòu)寧德時(shí)代的磷酸鐵鋰離子電池。

CTP技術(shù)是在磷酸鐵鋰原有基礎(chǔ)上，加強(qiáng)集成來(lái)提升能量密度。簡(jiǎn)而言之就是簡(jiǎn)化模組結(jié)構(gòu)，取消頂板、側(cè)板等零部件優(yōu)化排列。寧德時(shí)代數(shù)據(jù)顯示，使用CTP技術(shù)后，電池包零部件數(shù)量減少40%，同時(shí)省去了組裝環(huán)節(jié)，降低了電池成本。但是利用率提高了15%-20%，生產(chǎn)效率提升了50%，能量密度提升了10%-15%，可達(dá)到200Wh/kg以上。

除此之外比亞迪也公布了刀片電池為磷酸鐵鋰離子電池提升能量密度提出解決方法。比亞迪方法則是把電芯寬度拉長(zhǎng)厚度做薄，做成900mm甚至快1m的超長(zhǎng)電芯?？梢曰诓煌枨蠖ㄖ瞥叽?。其電芯出極耳方式類似于軟包兩端出極耳和方鋁殼的綜合。官方稱價(jià)格將比三元電池便宜20%。

干電池技術(shù)和超級(jí)電容，特斯拉自研電池的未來(lái)猜想

隨著2020年奔馳、寶馬、大眾等一線品牌集中推出電動(dòng)汽車新車型，行業(yè)競(jìng)爭(zhēng)加劇，同時(shí)補(bǔ)貼退坡使得成本壓力增大。特斯拉選擇使用磷酸鐵鋰離子電池，降低成本，若2020年底特斯拉實(shí)現(xiàn)國(guó)產(chǎn)化，國(guó)產(chǎn)低配版降至20萬(wàn)元，特斯拉或許能通過(guò)下沉產(chǎn)品定位以及超高性價(jià)比，繼續(xù)支撐起起強(qiáng)大的競(jìng)爭(zhēng)力。

未來(lái)特斯拉仍然將自建電池生產(chǎn)線，因此購(gòu)買寧德時(shí)代的磷酸鐵鋰離子電池只是商業(yè)策略上階段性的選擇，而特斯拉自研的無(wú)鈷電池將具體采用什么材料組合目前還沒(méi)有公布。

但是我們了解，2019年五月特斯拉在財(cái)務(wù)虧損的情況下仍然以2.18億美元溢價(jià)55%收購(gòu)?fù)瑯犹幱谔潛p狀態(tài)的Maxwell。十月電池制造設(shè)備公司Hibar出現(xiàn)在了特斯拉的子公司名單上。

特斯拉自研電池技術(shù)也將是建立在Maxwel1超級(jí)電容和干電池技術(shù)基礎(chǔ)上的。目前干電池的能量密度為300Wh/kg，比特斯拉電池高出20%-40%，并且具備500Wh/kg的實(shí)現(xiàn)路徑。

主流離子電池采用的都是濕電極工藝，在制造過(guò)程中，正極或者負(fù)極材料首先會(huì)和溶劑混合，然后涂覆到電極片上。技術(shù)成熟穩(wěn)定，但是涂覆方式使能量密度受到了限制。與濕法工藝相比，理論上干電池成本大概能降低10%-20%，但是產(chǎn)量密度卻能新增1倍，電池壽命還能延長(zhǎng)，有革命性的優(yōu)勢(shì)。

超級(jí)電容的出現(xiàn)也能解決新能源汽車動(dòng)力系統(tǒng)的另外一個(gè)缺陷。在車輛經(jīng)歷反復(fù)性啟停、加速等高倍率放電，會(huì)影響鋰離子電池的循環(huán)效率。在進(jìn)行動(dòng)能回收時(shí)，相比通過(guò)功率轉(zhuǎn)換單元存儲(chǔ)至電池組中，把電能存入超級(jí)電容的損耗更低。在車輛急加速過(guò)程中，相比傳統(tǒng)鋰離子電池組，超級(jí)電容也能夠以更大的功率放電，從而提升驅(qū)動(dòng)性能同時(shí)防止傳統(tǒng)鋰離子電池組大功率放電時(shí)出現(xiàn)鋰晶枝?？勺鳛閱⑼?、能量回收、加速和充電的倍率電源。

特斯拉的自研電池可能是采用干電池技術(shù)綜合改進(jìn)鎳鈷錳三元鋰離子電池，再配合超級(jí)電容，可以在不同的工況下充分發(fā)揮兩種儲(chǔ)能元件的優(yōu)勢(shì)，提升電池放電功率和放電能力?？稍谌萘恳约把h(huán)壽命上得到顯著提升。

短時(shí)間內(nèi)三元電池仍然是主流地位，畢竟特斯拉自研電池短時(shí)間內(nèi)難以量產(chǎn)，而碳酸鐵鋰離子電池也在相關(guān)廠商努力下有一定突破。但是長(zhǎng)期來(lái)看，我們可以期待特斯拉干電池和超級(jí)電容技術(shù)帶來(lái)的新一輪技術(shù)革新。