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最近的一次，特斯拉官網(wǎng)宣布電池日 ＆ 2020 年年度股東大會(huì)推遲到 9 月 22 日舉行，比特斯拉 CEO Elon Musk 之前公布的 9 月15 日又推遲一周。
電池日之所以重要，是因?yàn)樘厮估瓡?huì)在電池日發(fā)布會(huì)上全面回顧過去十多年來在電機(jī)、電控和電池領(lǐng)域的關(guān)鍵技術(shù)路線和決策，公布下一個(gè)十年的技術(shù)戰(zhàn)略。
其中的一個(gè)核心關(guān)注點(diǎn)，就是特斯拉的自研電池計(jì)劃。今天我們?cè)噲D去回答，特斯拉的自研電池會(huì)怎么做、在哪兒做和為什么這么做。
How – 怎么做？
在特斯拉出手之前，中國領(lǐng)先的動(dòng)力電池制造商寧德時(shí)代和比亞迪分別「秀」出了在電化學(xué)領(lǐng)域的創(chuàng)新：
寧德時(shí)代是中國首家商業(yè)化 NCM811 電池的動(dòng)力電池企業(yè)。從鎳鈷錳材料占比 1:1:1 到 422、523、622 一直到 811，對(duì)于動(dòng)力電池正負(fù)極、電解液材料配方的改進(jìn)，我們暫且簡稱為化學(xué)創(chuàng)新。
比亞迪改進(jìn)了電池的正負(fù)極結(jié)構(gòu)與電芯形態(tài)，將「刀片電池」商業(yè)化。和特斯拉從18650 電池（直徑 18 mm，高 65 mm）升級(jí)到 2170 電池（直徑 21 mm，高 70 mm）類似，我們把這種電芯、模組和電池包的尺寸、結(jié)構(gòu)的改進(jìn)，簡稱為物理創(chuàng)新。
那么特斯拉呢？過去 4 年來，特斯拉成功將鎳鈷鋁比例為 9:0.5:0.5 的 2170 電芯集成業(yè)內(nèi)首個(gè)大模組方案，搭載在Model 3 上商業(yè)化。這是特斯拉同時(shí)改進(jìn)電池材料配方和尺寸形態(tài)，綜合化學(xué)創(chuàng)新與物理創(chuàng)新于一體的一次成功嘗試。
對(duì)于接下來的自研電池，特斯拉延續(xù)了在物理與化學(xué)兩大方向同時(shí)發(fā)力的策略。
先說物理工藝的創(chuàng)新，汽車的動(dòng)力電池分為電芯、模組和電池包（由電芯組成模組，再由模組組成電池包）三大部分。在自研電池項(xiàng)目上，特斯拉對(duì)上述三大部分都做了激進(jìn)的改進(jìn)。
電芯
2020 年 5 月 7 日，特斯拉公開了一項(xiàng)名為「無極耳電極的電芯」的專利。專利第一作者為特斯拉電芯工藝首席工程師 Kunio Tsuruta，Elon 評(píng)論說，這個(gè)專利「遠(yuǎn)比聽起來更重要」。
極耳是什么東西？
我們都知道，電池有正極和負(fù)極，極耳就是從電芯中將正極和負(fù)極引出來的金屬導(dǎo)體，正負(fù)兩極進(jìn)行充放電時(shí)的接觸點(diǎn)，就是極耳。簡單來說，極耳是電池結(jié)構(gòu)的一部分。
特斯拉在專利中認(rèn)為，極耳的存在導(dǎo)致了更高的內(nèi)阻，產(chǎn)生了更多的熱量。在高倍率充放電時(shí)，電池的表面溫度會(huì)快速上升。
此外，由于極耳是獨(dú)立的零部件，也增加了額外的制造成本，提高了制造難度。
特斯拉提出的無極耳電極設(shè)計(jì)，移除了電池傳統(tǒng)意義上的「極耳」。根據(jù)專利，無極耳設(shè)計(jì)的電池內(nèi)阻將降到傳統(tǒng)電池內(nèi)阻的 20%-5%。
以特斯拉 Model 3 為例，額定 80.5 kWh 的電池包峰值充電功率達(dá)到 250 kW，充電倍率為 250/80.5≈3.1 C。
但如果看下圖我們就會(huì)發(fā)現(xiàn)，Model 3 的充電曲線是「一鼓作氣，再而衰，三而竭」的，一旦電池容量超過了 20%，250 kW 就很難維持，開始往下掉。
當(dāng)特斯拉的無極耳電極設(shè)計(jì)的自研電芯投產(chǎn)后，由于內(nèi)阻極大的降低，250 kW 的快充只要穩(wěn)定 10 分鐘，即可為 Model 3 長續(xù)航版充入超過 50% 的電量。這會(huì)進(jìn)一步改善快充體驗(yàn)，追趕燃油車加油的便利性。
模組 ＆ 電池包
在模組與電池包的設(shè)計(jì)上，特斯拉也有新動(dòng)作。
2020 年 1 月，Elon 接受播客 Third Row Tesla 采訪時(shí)，回顧了特斯拉電芯、模組和電池包的歷史。
電芯、模組和電池包的設(shè)計(jì)形式要追溯到初代 Roadster 時(shí)代，Roadster 電池包里有 16 個(gè)模組。最初的設(shè)計(jì)動(dòng)機(jī)是，如果某個(gè)模組故障，特斯拉可以輕松地用另一個(gè)模組替換。
The reason therewere cells, modules, and packs goes back to the original Roadster days,The original reason why the Roadster pack had like 16 modules was that if one ofthem didn’t work, you could pull it out and put another one in.
簡單來說，彼時(shí)特斯拉的工程技術(shù)能力并不成熟，從故障率和易于維修的角度出發(fā)，特斯拉采用了模組設(shè)計(jì)。
Model S/X 延續(xù)了這一設(shè)計(jì)，但來到 Model 3 時(shí)代，特斯拉用 4 條兩米長的大模組取代了之前的十幾個(gè)模組，并將電池包與車身底盤高度集成。
這是汽車行業(yè)第一個(gè)將動(dòng)力電池去模組化，直接由電芯集成到電池包的嘗試，也是某種程度上寧德時(shí)代 CTP 技術(shù)的雛形。
Elon 評(píng)論 Model 3 電池包表示，雖然事實(shí)意義上 Model 3 存在 4 個(gè)大模組，但Model 3 的模組實(shí)際上是無法更換的，電池故障只能整包更換。換句話說，這里的模組是無意義的存在。
而談到下一步規(guī)劃時(shí)，Elon表示You don’t really need modules in my view. Just take cells and put them in a pack.（在我看來模組沒有意義，直接將電芯集成到電池包即可）。
7 月 11 日，一位網(wǎng)友詢問特斯拉會(huì)堅(jiān)持模組設(shè)計(jì)還是直接電芯集成到電池包，Elon 沒有正面回答。但根據(jù)他之前的表態(tài)，答案是顯而易見的。
另外一個(gè)小彩蛋是，2006 年，特斯拉曾開創(chuàng)了使用超聲焊（wire bonding）技術(shù)將電芯連接成電池包的技術(shù)路線，簡化了生產(chǎn)工藝，提升了制造效率；在 2020 年自研的電池包上，特斯拉將用激光焊接（laser-welded）取代超聲焊，進(jìn)一步提升加工精度，提高制造效率。
那么在化學(xué)領(lǐng)域，特斯拉又做了哪些改進(jìn)呢？
在特斯拉 Q1 的財(cái)報(bào)會(huì)議上，Elon 是這么回答的：
We don't want topre-empt Battery Day. We want to leave the exciting news for that day, butthere will be a lot of exciting news to tell. And I think it would be one ofthe most exciting days in Tesla's history.
我們不想劇透電池日，我們希望將振奮人心的消息留到那天。我們有很多振奮人心的消息要分享。我認(rèn)為那將是特斯拉歷史上最激動(dòng)人心的一天。
在電池日的信息方面，Elon表現(xiàn)得很反常。在此之前，無論是 Model 3 發(fā)布會(huì)還是自動(dòng)駕駛?cè)眨珽lon 都會(huì)忍不住提前劇透。但來到電池日，特斯拉首席大嘴巴居然守口如瓶。
不過，我們還是可以捕捉到一些未經(jīng)證實(shí)的細(xì)節(jié)，特斯拉的自研電池離不開兩大關(guān)聯(lián)方：與特斯拉合作電化學(xué)研究五年的加拿大達(dá)爾豪斯大學(xué)教授 Jeff Dahn 及其團(tuán)隊(duì)、特斯拉收購的干電極制造公司 Maxwell。
與之對(duì)應(yīng)，特斯拉自研電池的內(nèi)部項(xiàng)目指標(biāo)是：全生命周期循環(huán)壽命超過 160 萬公里、單位電池成本降至 100 美金/KWh 以下。
至于更具體的信息，也許我們真的要等到 9 月 22 日電池日當(dāng)天了。
Where - 在哪兒做？
文章開頭有一個(gè)問題沒解釋：特斯拉原計(jì)劃 Q2 初召開的電池日，為什么一路推遲到了 Q3 末？
答案是疫情。
可蘋果的 WWDC 都線上召開了，特斯拉電池日不能線上開嗎？
Elon Musk 說：真不行。
電池日還會(huì)有電芯生產(chǎn)系統(tǒng)的參觀環(huán)節(jié)，這是線上直播做不到的，而線下的大型集會(huì)與疫情的控制是強(qiáng)相關(guān)的。
從這個(gè)角度說，9 月 22 日這個(gè)時(shí)間也只是暫定。不過，有一點(diǎn)是 100% 確定的：地點(diǎn)在加州 Fremont 市。
可特斯拉加州的 Fremont 工廠此前已經(jīng) N 次擴(kuò)建，為了 Model Y 的產(chǎn)線布置還合并了 Model S/X 的總裝線。這個(gè)工廠還能布置下特斯拉自研的電池產(chǎn)線嗎？
6 月 24 日，F(xiàn)remont 市政府官網(wǎng)刊發(fā)了一個(gè)名為特斯拉項(xiàng)目擴(kuò)建的環(huán)評(píng)清單，文件中提到該項(xiàng)目代號(hào)為 Project Roadrunner，又被叫做 Tera。
特斯拉自研電池的項(xiàng)目內(nèi)部代號(hào)正是 Roadrunner。在今年 Q1 的財(cái)報(bào)會(huì)議上，Elon 曾經(jīng)提到今后特斯拉超級(jí)工廠 Gigafactory 將以 Terafactory 取代。因此可以確定，該項(xiàng)目正是特斯拉自研電池產(chǎn)線所在工廠。
（Gigafactory 中的 Giga 來自電功單位 GWh（GigaWatt-hours），指以 100 萬 kWh 為產(chǎn)能單位的超級(jí)電池工廠。Terafactory 中的 Tera，來自電功單位TWh（Tera Watt-hour），指以 10 億 kWh 為產(chǎn)能單位的超級(jí)電池工廠。）
從谷歌地圖上查看，特斯拉自研電池工廠所在地距離特斯拉汽車工廠只有 2.5 英里，不到十分鐘車程。
特斯拉在文件中披露了更多信息：
工廠擴(kuò)建后面積將達(dá)到 156,057 平方英尺（約 1.5 萬平米）
工廠完成擴(kuò)建后運(yùn)營耗電量將達(dá)到 92800 MWh/年
工廠按照 7 × 24 小時(shí)，共 470 名員工參與
工廠擴(kuò)建預(yù)計(jì)在 3 個(gè)月內(nèi)完成
最后這個(gè)完成時(shí)間很關(guān)鍵：6 月底開始擴(kuò)建，特斯拉的電池日在 9 月下旬，到時(shí)候到場(chǎng)股東有機(jī)會(huì)見到特斯拉剛剛建設(shè)完畢，新鮮出爐的自研電芯生產(chǎn)系統(tǒng)。
Why – 為什么這樣做？
一個(gè)汽車制造商為什么要進(jìn)入電池電芯的研發(fā)與制造，這是一個(gè)重要的問題。
2020 年的疫情掩蓋了電動(dòng)汽車行業(yè)本身的矛盾：
1 月 23 日，奔馳 EQC 的產(chǎn)能規(guī)劃從 60,000 輛/年削減至 30,000 輛/年
2 月 10 日，捷豹奧地利格拉茨工廠的 I-PACE 產(chǎn)線停產(chǎn)
2 月 21 日，奧迪比利時(shí)布魯塞爾工廠 e-tron 產(chǎn)線停產(chǎn)
2 月 26 日，起亞 Niro 純電動(dòng)車生產(chǎn)進(jìn)入限制狀態(tài)
是這些純電動(dòng)車市場(chǎng)需求不振嗎？實(shí)際情況比需求不振還要更糟糕：電池供應(yīng)短缺。
上述純電動(dòng)車型分別代表了各大跨國車企電動(dòng)化轉(zhuǎn)型的先鋒產(chǎn)品，卻在短短一個(gè)月內(nèi)先后遇上了電池供應(yīng)短缺的問題。
如果對(duì)比特斯拉，矛盾更加凸顯：整個(gè) 2019 年，捷豹 I-PACE 銷量為 1.7 萬輛，奧迪 e-tron 為 1.9 萬輛，奔馳 EQC 為 0.04 萬輛，起亞 Niro 為 0.6 萬輛；而特斯拉，2019 年一年賣掉了 36.7 萬輛。
事實(shí)上，自 2018 年 Q3 起，特斯拉超級(jí)工廠的電池供應(yīng)就時(shí)不時(shí)會(huì)成為特斯拉產(chǎn)能限制的核心因素之一。
在 2019 年的特斯拉年度股東大會(huì)上，Elon 承認(rèn)電池產(chǎn)能是限制特斯拉產(chǎn)品上市的主要因素。而這里的背景是，特斯拉純電動(dòng)半掛 Semi Truck 已經(jīng)發(fā)布整整兩年，一直處在無米下鍋的窘境。
原標(biāo)題： 為什么特斯拉要自研電池？
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