为什么特斯拉直接选择2170电池?

查攸吟作者

崔力文负责编辑

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毕竟，马斯克所有的野心和宏图都必须站在动力电池的基石上。

位于美国加州的弗里蒙特工厂特斯拉旗的第一家超级工厂，不久前迎来了它诞生以来的另一个亮点。

虽然赛博卡车受到了许多美国本土消费者的高度期待，但上市时间已经推迟到今年年底。然而，直到一年多前才被纳入工厂的一个角落，专门负责电力电池生产的部门现在正在收到重大好消息。

自2022年12月以来，特斯拉甚至马斯克自己期待已久的4680电池的产量都取得了阶段性突破。

根据上周末特斯拉官方账号上月26日在推特平台上发布的消息：

12月第三周，这种大型圆柱电池的产量达到86.8万枚，“足以满足1000辆Model Y的需要”。

这也意味着自2019年特斯拉与松下合作的纽约第二千兆工厂项目宣布死亡以来，特斯拉终于迈出了建设第二家本地电池工厂的步伐。

01

重新认识4680电芯

所谓4680电池，其实是一种圆柱形动力电池，基于外径46mm，总长度80mm。有时候这个规格会写成46800，最后0个是圆柱形。

事实上，无论是18650还是后来的21700，实际上都是基于对电池几何尺寸的描述。

▲ 松下三种规格的电池比较示意图

4680电池最早是由松下位于欧洲的化学实验室于2019年提出的概念设计。它的突出之处不仅在于它的全极耳(或“无极耳”)设计，而且在于它的大型号和高容量。

过去，极耳是电力电池最基本的结构之一，是电池中正负极集流体与首尾盖板连接的必要组成部分。

但极耳结构本身就有缺陷。

由于其尺寸相对较小，连接集流体或连接电池外壳的正负位置的面积不大，因此在实际使用中容易出现热堆积问题。

全极耳的设计完全省略了极耳的部分。通过正负极流体与盖板/壳体的直接连接，电流在传导过程中的面积成倍增加，电流传导的距离也在一定程度上缩短。

▲ 拆卸负极盖板的特斯拉生产4680电池

这种设计的优点是显而易见的。通过优化电池结构件，不仅简化了电池的生产工艺，省略了不必要的工艺，而且在一定程度上降低了电池的内阻，提高了充放电的峰值功率。

这一改进最直接的结果是，电池的加热显著降低，工艺流程的简化进一步降低了生产成本，给进一步提高产能带来了可能性。

然而，就像所有最新技术一样，4680省略了极耳结构，但增加了集流粘附技术。实验室成果要实际转化为规模化生产，往往需要克服无数问题，这是最典型的案例。

加州弗里蒙特工厂负责在特斯拉系统中率先试制4680电池，最初的良品率只有可怕的15%左右。即使经过几个月的改进，也只增加到20%左右。

为此，特斯拉曾经以高薪吸引动力电池人才，包括熟悉卷绕技术的高级技术人员。经过近一年半的不断改进和提高，其良品率逐渐提高到2021年底的80%，直到不久前突破98%。

02

第一原则下的必然趋势

特斯拉甚至马斯克本人都非常重视4680电池，这并不像媒体上的谣言那样，只是因为它的高容量和随之而来的电池寿命优势。

与现有的2170电池相比，体积巨大的4680电池充满时容量约为其五倍。

此外，由于电池容量增加，外壳涂层材料的比例实际上降低，这意味着4680电池具有更好的体积密度。

为了强调其卓越性，一年多前特斯拉高调展示其自产4680电池时，声称如果将现有2170电池等比替换，电动汽车的行驶里程可以提高16%左右。

▲ 使用2170电池，还需要先集成一个大电池组才能装入组件

但这也不是特斯拉需要这种新电池的直接原因。事实上，特斯拉坚持推动其大规模生产的主要原因是容量大于2170。

必须强调的是，通过堆放电池来“节省”电池组的操作本质上是一种无助。就像2005年一样，特斯拉的工程师想到了松下生产的1865型电池，最初为笔记本电脑提供电源，以制造一个可用的纯电动汽车专用电池组。

事实上，这纯粹是因为当时的市场找不到更大尺寸和容量的电池产品。

如果有一些选择，特斯拉的工程师将不可避免地倾向于使用更大容量的电池来减少电池模块中包含的电池数量。

毕竟，在高度集成的电池模块中，整个模块的硬壳是用来保护电池承受外部冲击的。

▲ 可以看出，4680电池的使用也为整个系统节省了先集成电池组的麻烦和重量

事实上，单个电池的外包覆盖材料只需要在整个寿命内不会被慢生成的锂晶枝刺穿，而其他的则只会徒劳地吃掉底盘的重量冗余。更重要的是，狂小电池需要先组成电池组，然后通过多个电池组集成形成模块。

有人可能会说，一旦发生事故，单个电池体积太大，储液太多，燃烧起来更猛烈。但除非使用另一条技术路线，如固态电池。

否则，即使电池很小，只要热控制失败或外包装被刺穿，最终也会着火，最终结果仍然是整车烧毁。

唯一的区别就是氧化反应从开始到恶化，然后发展成不可控的爆燃，所需的时间长短。

为了减少包装材料的空间和重量，实现更好的体积和质量密度，尽量扩大电池。这就是为什么特斯拉直接选择2170电池作为电池的独立开始。

去年7月，第一批4680电池使用Model Y自从弗里蒙特出厂以来，它一直受到美国车主的欢迎。然而，随后的实车测试显示，其性能与2170电池的型号不同。归根结底，更换大型电池对特斯拉企业只是一件有益的事情。消费者不开哪一个？

然而，2170仍然太小了。更重要的是，特斯拉的业务不仅局限于电动汽车，还需要大量的电池组件，这些储能单元在家庭综合可再生能源系统中被称为Powerwall。这种不需要考虑冲击问题的设备可以选择更广泛的范围，更不用说小电池了。

在上述思路下，生产和结构更加简化，能量密度更高的4680是上述思路的直接延续。

03

电池是决定性胜利的基础。

事实上，马斯克本人很早就意识到动力电池对特斯拉整个战略的重要性。

因此，早在2019年2月，临港超级工厂投产后不久，特斯拉就没有完全退出“Model 3灾难时，马斯克就企业并购达成协议——以55%溢价收购著名的超级电容设备制造商Maxwell，并从中获得了大量也可用于锂动力电池生产的相关技术，以及整个团队的专业人员。

这个操作的目的只有一个，那就是特斯拉可以摆脱传统的动力电池合作伙伴松下，从而“更加独立”，努力创造条件。

目前，特斯拉位于美国最重要的电池厂，是内华达州第一千兆工厂(2022年总产能39GWh）。

但该工厂始于2014年特斯拉与松下的合作，投资松下超过10亿美元。虽然该工厂的最大产能可以扩展到105年GWh，但特斯拉显然更愿意在其他地区为其完全控制的工厂增加新的生产能力。例如，弗里蒙特工厂的好消息。

当然，每周只有一个弗里蒙特达到1000多台Model Y对于特斯拉目前的生产规模来说，装车所需的所谓产能实际上是杯水车薪。

虽然特斯拉在当地的生产能力不如临港工厂，但仍然很难满足数十万辆纯电动汽车的动力电池供应。

算上一个简单的账就能看出这一切。——

加州弗里蒙特工厂去年创下了每周8550台的纪录，其产品包括所有四款特斯拉车型。然而，它的通常生产能力将保持在每周8000台左右。年产量约为42万至44万台。

位于德州奥斯丁的特斯拉工厂的产能已经上升到每周3000台Model Y。虽然其年产能可达50万台，但推测今年实际产能目标不应超过25万台。

总的来说，2023年特斯拉在美国的产能约为65~70万台。如果每辆车平均安装80辆kWh电池计算，这些电动汽车总共需要56辆GWh的电芯。

简单扣除内华达第一千兆工厂可提供的39GWh之后，差距约为17GWh。

那么，弗里蒙特今年能提供多少GWh4680电池呢？

如果我们不需要每周生产86.8万个电池，而是将其转换为统一的GWH单位，则转换为每周生产能力仅为0.08GWh，全年只有4.16GWh而已……

毫无疑问，尽管随着弗里蒙特工厂稳定的4680产能，特斯拉在动力电池方面的整体布局逐渐出现，但其独立步伐距离的成功仍然相当遥远。

更重要的是，特斯拉实际上是一家家庭新能源解决方案提供商，而不是一家简单的新能源汽车公司。电动汽车远不止一种需要消耗动力电池的项目。

2006年，马斯克写了一个长期的发展战略，可能分为四个步骤——

第一步:打造产量小的车型，价格肯定贵；

第二步:用赚来的钱开发一款产量适中、价格相对较低的车型；

第三步:用赚来的钱，打造一款价格贴近百姓的量产车型；

第四步:(向公众)提供太阳能电力产品。

对于当时看起来不那么可靠的第四步，马斯克本人曾特别注释说：不要开玩笑，在过去 这个计划已经出现在我们的网站上10年了。

2016年7月20日，他宣布了另一项新战略：

1.能源生产与储存一体化方案：创造惊人高效、集成储电功能、美观的太阳能电池板；

2.扩展到主要陆路运输工具：扩大电动汽车产品线，满足各细分市场需求；

3.自动化:通过大量的车队学习功能，开发出比人类手动驾驶安全10倍的自动驾驶技术；

4.汽车共享:让车辆在闲置时通过分享为你赚钱。

对于这样一个高度表演的人物，可以被称为社交媒体营销大师，只看他自己说的各种计划、计划等，显然不能分析为什么。

毕竟，这些人往往知道如何充分利用他们的注意力来赚取流量，以及如何通过各种技能来取悦和引导他们的粉丝。

但这并不是说上述两个，总共八个“埃隆战略”毫无价值。事实上，在特斯拉过去10年的发展中，它确实一步一步地向前推进了上述八个。虽然这并不完全符合顺序。

2006年提出的“老四步”，2009年Model S第一次推出，三年后，Model X概念版上市。这两款车的定位确实符合产量小、价格高的特点。Model 3和Model Y，分别在2016年和2019年上市时，这意味着第二步已经实现。

虽然在传闻中，它被命名为Model “量产、价格贴近百姓的车型”似乎遥遥无期，其实Model 3／Y总产量和当前价格都值得这个名字。

但第四步，提供太阳能电力产品，其实早在Model 3上市前一年，即2015年，已被称为“Powerwall公开对外销售的名称。

▲ Powerwall通常需要搭配太阳能屋顶一起使用

Powerwall是一套完整的家庭太阳能收集、储存和使用装置，通过安装在住宅屋顶上的整个太阳能电池板发电，白天电源储存在13.5kWh对于单位，可以模块化安装的储能柜。其电池，全部来自特斯拉汽车梯队淘汰动力电池组。

本质上，应视为“老四步”的最后一条，与2016年“新四条”第一条合二为一。

事实上，在“新四条”中，我们已经从赛博卡车开始了第二条Semi我在电动卡车上看到了它。至于第三条，开发一种“比人类手动驾驶安全10倍的自动驾驶技术”，无论今天的技术能否实现，至少特斯拉目前正在不断努力，投入大量资金。

▲ 特斯拉Semi电动重卡

因此，每个人都必须承认，无论你是否同意马斯克，他和他的企业确实在一步一步地朝着最初预定的方向前进，只有在商业规划和实施方面。

纵观马斯克为特斯拉制定的上述宏观计划，动力电池或可靠的储能装置显然是最重要的，包括电动汽车和家用能源产品。

埃隆在2022年第三季度财务报告会议上·马斯克公开表示，特斯拉未来的目标之一是每年将电池产能扩展到1万GWh。

这个数字让当时很多评论家觉得不合理，因为它已经达到了2021年全球电力电池产量的三倍多。

然而，我们必须认识到，无论数字是否有“吹水”成分，特斯拉在未来对电力电池的投资都将更加巨大。

▲ 4680电池生产线上的4680

马斯克确实吹牛赚眼球，但特斯拉的电池自制也是真的，以后会投入更多的电池制造。

因为站在整个新能源产业的高度，只要还是纯电路线，动力电池一定是核心节点。