電動汽車最大的障礙是電動汽車電池的成本。在向BEV過渡之前，製造和擁有一輛BEV的成本必須與ICE車輛相當或更低，目標成本為100美元/kWh或更低。事實上，現在我們已經超過了100美元/千瓦時的目標，我們可以期待看到BEV的加速採用和一個永遠改變的行業
文︱立厷
圖︱網絡
Paul Eichenberg戰略諮詢公司總經理Paul Eichenberg最近表示：「新的低成本電池的推出意味著，汽車行業已經達到了轉折點，轉向純電動汽車（BEV）將早於預期。」
的確，由於每千瓦時（kWh）的高成本，此前BEV很難與內燃機（ICE）車的低成本結構競爭。不過，隨著意想不到的技術突破推動鋰離子電池的成本下降，與ICE相比，BEV越來越成為一種更經濟的選擇。有了像特斯拉這些新的低成本電池，整個行業可能比預期更早達到轉向BEV的臨界點，很快我們就可能看到電池驅動汽車的更大規模採用。
四年修成正果，五個方面改進
在過去四年裡，特斯拉一直在秘密開發代號為「Roadrunner」的「4680」電池，打算將其年產量約為150GW的「Gigafactory」轉型為「Terafactory」。此舉將使特斯拉的年電池產量增加到1太瓦，每家工廠的電池產量將增加7倍。
試驗性Roadrunner生產線
新電池在五個關鍵方面有所改進，可以在降低投資和製造成本的同時提高續航裡程：
電芯設計
陰極材料
陽極材料
電芯到車輛的集成
簡化工廠
新電池的設計對於加速全球電池生產規模至關重要。這五項改進將使電池續航能力提高54%，電池成本降低56%，投資成本降低69%，這將是一項改變行業的突破。
量產是降低成本的關鍵
最近有粉絲參觀了位於弗裡蒙特的加藤路工廠，特斯拉4680電池生產似乎正在如火如荼地進行。晚上10點，停車場停滿了汽車，為即將結束輪班員工的班車也已準備好。這裡似乎在全天候運行。
他說：「特斯拉在以光速前進，正在擴大工廠規模，他們知道需要萬億瓦時來儲存能源和驅動運輸工具，這是一個令人難以置信的激動人心的時期。」
特斯拉的4680電池生產工廠正在加速運行
據了解，4680電池生產基地的計劃產量相當可觀，這也暗示了特斯拉在電池技術方面取得的巨大進步。加藤路工廠試驗性的Roadrunner電池生產線以每年10千兆瓦時的速度全面投產後，將成為世界第13大電池生產工廠，產量約為目前內華達州Gigafactory產量的四分之一。該工廠仍在逐步擴大，目前內華達州Gigafactory的產量仍低於40千兆瓦，但它已經被認為是世界上最大的工廠。
特斯拉加藤路工廠產能排名
對於一座建築面積僅為184,880平方英尺的建築來說，加藤路工廠的未來或許令人難以置信。
電池數量明顯減少
9月，「特斯拉電池日」上發布的重大消息就包括4680型高鎳、幹陰極、矽陽極圓柱形電池。新電池將增加電池功率、續航裡程和能量容量，同時簡化生產並降低整體成本。
最近，特斯拉拆解專家Sandy Munro重新構造了他認為的新的4680電池組模型。對於特斯拉粉絲來說，Sandy Munro並不陌生，他曾花時間拆解了Model 3轎車和最近的Model Y跨界車。
Sandy Munro承認，這可能並不完全是特斯拉將在其未來汽車中使用的電池，但它是極為相似的副本。Model 3和Model Y之前使用特斯拉的2170（21=寬21，70=高，單位mm）圓柱型電池，與Model S和Model X使用的18650（18=電池直徑，65=長度，0=圓柱型，單位mm）電池相比，這些電池能夠提供更好的性能。
特斯拉在Model Y車上使用了4,416個2170電池，但4680電池的數量明顯減少，因為其圓柱形體積更大，比之前的電池承載更多的能量。Sandy Munro表示，新電池組只會使用960個電池，隨著續航距離、功率和能量的增加，特斯拉真正做到了一件了不起的事情，這增加了其在電動汽車領域的領先地位。
新電池組減少一倍以上電池數量
「百萬英裡」是讓電池壽命更長
特斯拉一直在與加拿大達爾豪斯大學（Dalhousie University）的Jeff Dahn等研究人員合作，開發新的、革命性的電池，這種電池將提供更長的壽命，提供更大的功率和更多的能量。
早在2019年9月，與特斯拉達成獨家協議已有幾年時間的Jeff Dahn和他的研究團隊在《電化學學會雜誌》上發表了一篇論文《一種優秀鋰離子電池化學的廣泛測試結果將用作新電池技術的基準》，闡述了單晶正極材料專利的重要性。他說：「這種電池應該能夠為電動汽車提供超過100萬英裡的電力，並且在電網儲能中至少維持20年。」
Jeff Dahn
在文章中，Jeff Dahn和他的研究團隊提供了新電池的全部細節，為進一步的研究創建了一個基準。他們使用了一種來自高鎳NCM正極材料，其比容量比為當今行動裝置供電的鋰離子電池正極材料高出20%。選擇的正極材料NCM523（50%鎳，20%鈷，30%錳）很穩定，是進一步研發的極佳參考和起點。其他關鍵組分的探索包括石墨負極和混合溶劑、添加劑、鹽電解質溶液。
Jeff Dahn表示，文章所描述的電池可以立即用於電動汽車，「然而，由於該研究的目的是為鋰離子電池技術提供可靠的基準和參考，與先進的鋰離子電池相比，所描述的電池的比能量密度並不是最高的。根據這項研究，鋰離子電池將很快被開發出來，使兩次充電間隔可行駛500公裡（超過300英裡）成為可能。」
重要的是，這些性能更高的電池將大大降低特斯拉汽車的成本，因為它們使用的材料更容易獲得，生產成本更低。創造一個更高效、更具成本效益的電池是特斯拉汽車在成本方面與汽油車相媲美的主要策略。
在最近的一次能源儲存和可持續工程視頻會議上，作為特斯拉電池研究人員，Jeff Dahn透露，測試的鋰離子電池已突破了2百萬英裡的障礙。過去一年沸沸揚揚的「百萬英裡」電池現在正朝著10,000到15,000次循環的方向發展。如果百萬英裡電池的循環次數為5,000次，其團隊所測試的鋰離子電池在電動汽車上潛在的續航能力將達到350萬或200萬英裡。
「百萬英裡」電池進展
值得注意的是，這種鋰離子電池的退化最小，所以這項研究的「200萬英裡」電池也有可能持續更長的時間，相當於25年的壽命。
天下大同的味道
雖然特斯拉在加班加點生產4680圓柱形電池，與其他電池技術夥伴的合作也沒有耽誤。
為特斯拉戰略提供動力的新電池化學是與寧德時代（CATL）聯合開發的。CATL還計劃在2021年向特斯拉提供一種改進的長壽命鎳錳鈷（NMC）電池；其陰極含有50%的鎳，只有20%的鈷。低鈷NMB電池組的成本約為100美元/kWh。有消息說，特斯拉和CATL聯合開發的低成本電池在化學和設計方面的許多技術都源自Jeff Dahn實驗室。該實驗室的重要貢獻包括化學添加劑和更大晶體組成電池納米結構正極材料，較大的晶體在充電時幾乎不可能破裂，而破裂會使性能下降。因此，鋰離子電池會更堅固，更能抵抗快速充電等壓力造成的損傷，從而延長其壽命。
專家猜測，CATL也是許多電池突破的中心，其中包括：
無鈷磷酸鐵鋰電池的發明，消除了BEV電池組中最昂貴的金屬，可以使價格降至80美元/千瓦時以下，電池組的成本降至60美元/千瓦時以下。
無模組（CTP，Cell to Pack）包裝流程，取消了封裝電池的中間步驟，簡化了流程並降低了成本。預計特斯拉將採用新的CTP工藝，以降低電池重量，特別是其在華車輛的成本。
業內人士認為，由CATL和其他公司推動的成本節約技術是遊戲規則的改變者，有助於加快BEV時代的到來。
除了CATL，據Jeff Dahn研究小組透露，他們測試使用的鋰離子電池是中國的Li-FUN Technology（立方新能源）提供的鎳鈷錳三元材料NMC532軟包電池。NMC532軟包電池也是乾電池，不使用電解質。
有趣的是，特斯拉的下一代4680電池還採用了從Maxwell收購的創新專利「乾電極」工藝技術，替代了之前的溼法工藝。這同樣有助於在降低電池成本的同時提高能量密度和續航裡程。
專家指出，如果這些信息得以證明，那麼特斯拉的下一代電池可能真的比當今市場上使用的任何一種電池都要好。Jeff Dahn指出：因為「特斯拉的電池戰略是合理的。」
用4680電池打贏對手
伴隨特斯拉推出新款4680電池，埃隆·馬斯克的計劃浮出水面——開始生產一種更實惠的電池，最終生產出更實惠的汽車。特斯拉計劃通過設計、生產效率和材料採購，大幅降低電池製造成本，並將每千瓦時的成本降低56%。
特斯拉在設計自己的電池和電池組方面最大的優勢之一是，它可以顯著降低成本，同時還可以提高解決問題的能力。從一開始使用電池的策略之一就是對每個電池進行個性化設置，這樣一旦出現問題，就可以更容易地追蹤和更換電池。
埃隆·馬斯克在今年早些時候接受採訪時說，新的4680圓柱形電池已經使用了幾個月。然而，並不是所有車輛都使用新電池，因為特斯拉加藤路電池生產設施還沒有足夠的產量。不過，產量的增加最終將幫助特斯拉全面使用4680電池，這將實現更高的裡程額定值和更高的性能規格，使特斯拉的電動汽車更優於其競爭對手。
最近，LG Chem表示，它研發的新電池規格與4680完全吻合，而且打算2023年將圓柱狀電池產量從20GWh增至60GWh，這表明，面對需求極大的4680電池組，特斯拉不太可能一口吞下。
特斯拉估計，2022年需要100GWh的4680電池組，足夠130萬輛電動汽車使用，但是要在這麼短的時間內大舉提高產量幾乎不可能辦到。作為全球電動汽車電池一哥，LG Chem的年產量為100GWh，特斯拉還會把部分新電池訂單交給LG Chem。就在近日，LG Chem宣布已將其中國電池產能提高一倍，為國產Model Y提供電池。
這樣「換電」
Teslarati最近報導了一輛Model S更換電池的過程，展示了當電池出現故障時如何修復電池組。不過，這樣的換電並不是整個電池組，而是個別電池。
Model S車主買的二手車無法行駛，沒有通過特斯拉服務中心以2萬美元價格更換電池，而是找到了Gruber Motors的技術人員，在7000多個電池中發現了失效的電池，簡單測一下電壓，進行了簡單的維修，以低廉的價格讓汽車重新啟動並運轉起來。他只花了5000美元（也不少）。
「換電」似乎易如反掌
Gruber Motors的CEO Pete Gruber說：「特斯拉和其他車輛一樣，需要進行例行維護，以保持其動力系統的正常運行。不幸的是，雖然電動汽車的維護費用遠低於燃油車，但仍然會遇到一些問題，比如電池故障。這是一個常見的問題，只是因為電池在使用過程中的某個時間點到了使用壽命的盡頭。」
Pete Gruber
Pete Gruber補充說：「這種電池設計允許更換一個電池，而不是由幾個中型電池組成的整個電池組，甚至是一個大電池組。」
事實上，正如埃隆·馬斯克所說：「用這麼多小電池的好處是，我們可以分離出每個電池。因此，即使電池發生故障，比如著火或其他任何情況，它也是隔離的。」
對手進展有點慢
通用汽車（GM）也有自己的電池戰略，包括與科技巨頭LG Chem的跨行業合作——在俄亥俄州一家價值23億美元的工廠生產低鈷電池。他們計劃減少每節電池中最昂貴的金屬鈷含量，以使每節400英裡裡程的電池成本低於100美元。
與特斯拉的4860圓柱形電池不同，Ultium是一種軟包設計，各有自己的優點和缺點。通用汽車Ultium電池最顯著的優勢是它的多功能性。該軟包設計提供模塊化，使其兼容更廣泛的車輛，每一個不同的使用情況。不過，生產這種電池的工廠還在建設中。
通用與LG合資的Ultium電池工廠建設工地
超越最大障礙
電動汽車最大的障礙是電動汽車電池的成本。在向BEV過渡之前，製造和擁有一輛BEV的成本必須與ICE車輛相當或更低，目標成本為100美元/kWh或更低。許多專家預測到2030年還達不到這個目標。
事實上，過去五年裡，每千瓦時的成本已從350美元降到了60美元。現在我們已經超過了100美元/千瓦時的目標，我們可以期待看到BEV的加速採用和一個永遠改變的行業。