自2009年開始特斯拉和松下合作生產高密度汽車電池，以減輕成本、技術壓力。在擁有業界最先進的電機、電控技術，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鏈伙伴。

不久前路透社報道特斯拉將采購寧德時代的（無鈷電池）磷酸鐵鋰電池，預計應用于低配版國產特斯拉車型，標準版和長續航版依舊使用 LG 化學的 NCM811 電池。

之后特斯拉將自建電池生產線，盡管電池自主才是特斯拉未來降低成本的終極方案，但是在此之前，仍然會有大批產業鏈相關企業受益。

被電池供應鏈扼住咽喉，三代特斯拉不斷變動電池方案

新能源汽車電池使用的是鋰電池，而鋰電池的差異性，是它們的正、負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展過程中變化是比較大的，但是負極組合就一直比較穩定。

鋰電池負極材料一般被劃分為兩個類別，一類是碳材料例如天然石墨，一類是非碳負極材料例如硅基材料。因為他們的化學性質比較穩定。

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％。顯然硅在儲能上更有潛力，但是過度的收縮也會影響電池壽命，因此特斯拉鋰電池的負極采用的是石墨和硅的氧化物。

這也就不難理解，為什么2008年到2012年，特斯拉開始在Roodster和Model車型上使用寬18mm、高65mm的18650型號的小單元組電池。因為小單元組給到了膨脹空隙，并且不用一整塊電池一起充放電，通過動力管理軟件可以實現單一管理，合理的充放電減輕每個單元的壓力，有利于延長電池的使用壽命。

特斯拉的核心技術壁壘正是管理這幾千個圓柱形小電池的電池管理系統和電池冷卻系統。

特斯拉電池管理系統能準確估測動力電池組的電池剩余電量，并在充放電過程中，實時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，防止過充過放。同時能夠及時給出電池狀況，挑選出有問題的電池，保持整組電池可靠高效運行。

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

從正極材料來看，特斯拉18650型號的電池屬于三元鋰電池，也就是使用了三種元素組合的鋰電池，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Model S和Model X同樣也是使用松下18650型號電池，但是其中鈷的含量從11kg每車下降到7kg每車。

2018年開始，Model 3的電池有了較大突破，從18650電池升級成了21700電池，能量密度達 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，還進行了灌膠處理。將鋁合金的模組結構變成了塑料件，在保證承重的前提下，實現了輕量化。

特斯拉歷代車型采用的鋰離子電池一直在向低鈷化發展。2012 年，特斯拉在 Model S上，鈷的使用量是 11 千克／輛車；2018 年，特斯拉在 Model 3 上，鈷的使用量為 4．5 千克／輛車，消耗量僅為 2．8％。同年，馬斯克在推特上表示：“下一代電池含鈷量要為零。”

確定去鈷趨勢背景下，磷酸鐵鋰和三元電池的持續升級

電動汽車中的動力電池部分一般占到了整車成本的40％以上。而鋰電池使用的稀有金屬材料的價格又決定了動力電池的成本。據知識流了解，正極材料中鎳、鈷、錳三種原材料在今年二月份的價格分別為 10．3萬元／噸、27．6 萬元／噸、1．3 萬元／噸。

目前鈷的價格就遠高于鎳和錳，但是未來鈷的價格還有持續上漲的需求。一方面，根據CRU的統計數據，鈷的全球供應量中約有10％－15％源自手抓礦，下游廠商不得不加強對供應鏈的管理，盡量避免涉及人權問題來源的鈷原料。另外一方面，隨著5G技術的發展，智能終端對于鈷的需求量也會更加旺盛。

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

根據高工鋰電，從2019年動力電池裝機量看，三元電池裝機量約38．39GWh，同比增長25％，占比約61．5％，占比提升7．7％，磷磷酸鐵鋰電池裝機量約為19．98GWh，同比下滑7％，占比32％，占比下滑5．8％，錳酸鋰電池裝機電量約0．51 GWh，同比下滑54％；鈦酸鋰電池裝機電量約0．38 GWh，同比下滑23％。

在動力電池領域，三元鋰電池和磷酸鐵鋰電池是兩大主流，而三元鋰和磷酸鐵鋰的優缺點非常明顯并且互補。三元鋰電池能量密度高、抗低溫效果好，碳酸鋰電池成本低、安全性能更高。

三元鋰電池能量密度基本能達到240Wh／kg，幾乎是磷酸鐵鋰電池140Wh／kg的1．7倍。燃油車和電動車相比燃油能產生多余熱量，但是電動力卻需要嚴格控制電池發熱，所以在低溫情況下電動車要用更多額外的能量提供室內供暖，這就會影響到低溫情況下的續航表現。三元鋰電池低溫使用下限值為零下 30 度比碳酸鐵鋰更低，同時在相同低溫條件下，磷酸鐵鋰電池衰減是三元鋰電池的兩倍。

盡管大部分主流車企主流車型會首選三元電池，并且裝機量呈上升趨勢，更看重的是續航能力。但是我們也能看到，目前特斯拉國產Model3長續航版確認三元電池方案，而低配版國產特斯拉車型將采購寧德時代的磷酸鐵鋰電池。

一方面可以說是特斯拉要下沉搶占市場，但是另外一方面，也要看到磷酸鐵鋰電池在技術上對自身缺陷的彌補。特斯拉采購寧德時代的碳酸鐵鋰電池也是建立在磷酸鐵鋰電池通過CTP技術彌補了部分短板的基礎上的。

CTP 技術是在磷酸鐵鋰原有基礎上，加強集成來提升能量密度。簡而言之就是簡化模組結構，取消頂板、側板等零部件優化排列。寧德時代數據顯示，使用CTP技術后，電池包零部件數量減少40％，同時省去了組裝環節，降低了電池成本。但是利用率提高了15％－20％，生產效率提升了50％，能量密度提升了10％－15％，可達到200Wh／kg以上。

除此之外比亞迪也發布了“刀片電池”為磷酸鐵鋰電池提升能量密度提出解決方案。比亞迪方案則是把電芯寬度拉長厚度做薄，做成900mm甚至快1m的超長電芯。可以基于不同需求定制尺寸。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。官方稱價格將比三元電池便宜 20％。

干電池技術和超級電容，特斯拉自研電池的未來猜想

隨著2020年奔馳、寶馬、大眾等一線品牌集中推出電動汽車新車型，行業競爭加劇，同時補貼退坡使得成本壓力增大。特斯拉選擇使用磷酸鐵鋰電池，降低成本，若2020年底特斯拉實現國產化，國產低配版降至 20 萬元，特斯拉或許能通過下沉產品定位以及超高性價比，繼續支撐起起強大的競爭力。

未來特斯拉仍然將自建電池生產線，因此購買寧德時代的磷酸鐵鋰電池只是商業策略上階段性的選擇，而特斯拉自研的“無鈷電池”將具體采用什么材料組合目前還沒有公布。

但是我們知道，2019 年5月特斯拉在財務虧損的情況下仍然以2．18億美元溢價55％收購同樣處于虧損狀態的Maxwell。10月電池制造設備公司Hibar出現在了特斯拉的子公司名單上。

特斯拉自研電池技術也將是建立在Maxwel1超級電容和干電池技術基礎上的。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的實現路徑。

主流離子電池采用的都是濕電極工藝，在制造過程中，正極或者負極材料首先會和溶劑混合，然后涂覆到電極片上。技術成熟穩定，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％，但是產能密度卻能增加1倍，電池壽命還能延長，有革命性的優勢。

超級電容的出現也能解決新能源汽車動力系統的另外一個缺陷。在車輛經歷反復性啟停、加速等高倍率放電，會影響鋰電池的循環效率。在進行動能回收時，相比通過功率轉換單元存儲至電池組中，把電能存入超級電容的損耗更低。在車輛急加速過程中，相比傳統鋰離子電池組，超級電容也能夠以更大的功率放電，從而提升驅動性能同時避免傳統鋰離子電池組大功率放電時產生鋰晶枝。可作為啟停、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綜合改進鎳鈷錳三元鋰離子電池，再配合超級電容，可以在不同的工況下充分發揮兩種儲能元件的優勢，提升電池放電功率和放電能力。可在容量以及循環壽命上得到顯著提升。

短時間內三元電池仍然是主流地位，畢竟特斯拉自研電池短時間內難以量產，而碳酸鐵鋰電池也在相關廠商努力下有一定突破。但是長期來看，我們可以期待特斯拉干電池和超級電容技術帶來的新一輪技術革新。
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