馬斯克的4680電池野心：讓特斯拉成為電池之王
時間:2023-01-28 09:17來源:澎湃新聞 作者:森寧
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作為全球最大的電動汽車制造商，特斯拉自身研發和生產的4680大圓柱鋰離子電池在新的一年有望進入量產的快車道。
一方面，特斯拉希望通過4680大圓柱電池的新技術，讓電動汽車電池儲存更多能量、續航時間更長、價格更便宜，并最終在包括電動卡車、電動跑車在內的特斯拉全系列電動汽車產品中使用。
另一方面，特斯拉還希望通過使用磷酸鐵鋰材料，從而將4680大圓柱電池應用于市場前景廣闊、“未來有望超過汽車生產”的儲能領域。
而這些，或許都還不是馬斯克和特斯拉苦心打造4680電池的根本目的。在一些分析人士看來，4680電池的終極任務，是讓特斯拉成為電池之王。特斯拉制定標準，其他的電池制造商選擇站隊。
要知道，在過去相當長一段時間，全球鋰離子電池的主流形狀都是方。
將在內華達州新建4680電池產能100GWh
近日，美國內華達州州長喬·隆巴多 (Joe Lombardo) 宣布，特斯拉公司計劃在內華達州追加投資36億美元，擴建其現有的超級工廠。此次擴建包括兩部分設施——一部分設施用來制造Semi半掛式電動卡車，另一部分設施將用來生產4680大圓柱形鋰電池，規劃年產能是100GWh。
擴建項目將在特斯拉現有的內華達超級工廠基礎上，增加400萬平方英尺的占地面積。此外，特斯拉還計劃增加 3000名新工作崗位。
特斯拉隨后在推特上官方證實了這一說法。特斯拉表示，自2014年以來，特斯拉已在內華達州累計投資62億美元，其中包括建造了一座540萬平方英尺的超級工廠，用于生產汽車電機和電動汽車電池。
“以內達華超級工廠為基石，特斯拉推動著世界向可持續能源轉型。”在推文中，特斯拉說。
值得注意的是，一旦內華達州超級工廠的4680電池產線投建，其將成為繼得州超級工廠和加州特里蒙特試點工廠后，第三家擁有4680電池產能的特斯拉美國工廠。
目前，特斯拉得州超級工廠布局了四條4680電池生產線，一條已經投產，其余三條處于調試和安裝階段。在去年年底，加州特里蒙特試點工廠實現了一周生產86.8萬個4680電池電芯的重大突破，這一周產量能夠供應大約1000輛特斯拉Model Y電動汽車。
去年4月，得州超級工廠生產的Model Y車型中一部分已經實現4680電池裝車并交付，該工廠另外的Model Y車型則繼續裝載日本松下的2170圓柱電池。
馬斯克此前表示，特斯拉未來所有的電動車型，包括Model Y、 Semi半掛式卡車、Cyber電動卡車和Roadster 2電動跑車，都將使用4680大圓柱形電池。
在特斯拉此次公布內華達州超級工廠擴建的消息中，還有一個細節值得玩味。據autoevolution網站報道，特斯拉最初表示，內華達州新建的100GWh的4680電池產能將支持生產200萬輛電動汽車，但后來將這一數值更正為150萬輛。新的數值意味著平均每輛車的電池容量將為67KWh。
特斯拉此前曾表示，目前內華達州工廠的電池年產能為35GWh，能夠支持每年生產50萬輛電動汽車。這意味著目前平均每輛電動汽車的電池容量為70 KWh。
相對于普通電動乘用車，特斯拉semi半掛電動卡車和cyber電動卡車需要的電池容量都更大，為何平均每輛車的電池容量還會減少？
autoevolution網站推測，這似乎證實了特斯拉將推出更小的大眾乘用車。每輛車的電池容量約為45 KWh，甚至更低。autoevolution網站認為，隨著電池包效率的提高和緊湊型汽車重量的降低，容量較小的電池仍然可以提供足夠的續航里程。
此外，內華達州新電池生產設施的位置也頗有戰略性，它位于電池回收公司紅木材料(Redwood Materials)的電池回收設施附近。去年7月，紅木材料表示計劃斥資35億美元在內華達州西北部建立一家電池材料工廠，生產鋰離子電池正負極。
不僅如此，電池所需要的關鍵的原材料鋰礦也離新廠址不遠。據了解，內華達州擁有美國唯一一個在產的鋰礦。而就在此前的1月16日，美國能源部表示，將為內華達州的Rhyolite Ridge鋰礦項目建設提供高達7億美元的貸款。
所有這一切，都將有利于特斯拉4680電池供應鏈的進一步完善。
4680電池轉向磷酸鐵鋰材料以適用儲能，電池總產能沖擊1000GWh
2020年，特斯拉在其電池日隆重推出了4680大圓柱形鋰離子電池，與2170圓柱電池相比，電池尺寸更大，采用無極耳技術，單體容量更高，并能有效降低電池的生產成本。
如果說三年前的4680電池是為了更便宜、續航里程更長的電動汽車而誕生，那么如今它還將肩負起另外的使命——在特斯拉的Megapacks和Powerwall等儲能產品中使用。
近日，馬斯克在回答一位投資者提問時表示：“我們的長期目標，是在特斯拉內部生產超過1000GWh的電池。”
“需要明確的是，我們將繼續使用其他電池供應商(目前特斯拉的電池供應商包括寧德時代、LG新能源、日本松下)，只是，鋰離子電池的需求是近乎無限的，而且將持續相當長一段時間。我們要更快地擴大規模。”馬斯克還透露，“我們已經有了一個驚人的計劃，可以使4680電池具有低成本和高能量密度。”
據autoevolution推測，馬斯克的最后一句話，可能表明了4680電池將實現正極材料化學成分更加多樣化。
按照正極化學材料的不同，當前鋰離子電池有磷酸鐵鋰和鎳鈷錳三元鋰兩條主流技術路線。磷酸鐵鋰電池的安全性更高，能量密度偏低，成本低，最適合儲能；三元電池的能量密度更高，但穩定性和耐用性也較差，通常用來滿足電動汽車的長續航要求。目前，特斯拉生產的4680電池使用的是高鎳三元正極材料。
從2021年開始，特斯拉的儲能產品Megapacks所使用的電池轉用了磷酸鐵鋰材料。因此，過渡到4680大圓柱形電池，考慮到材料的性能和更有利的成本，將極有可能采用磷酸鐵鋰材料。
在馬斯克看來，全球可再生能源存儲的需求正在飆升。他曾預計特斯拉Megapack儲能業務未來的增長將超過汽車生產業務。而在各種電池形狀中，圓柱形磷酸鐵鋰電池的制造成本最低，壽命最長。
不過，對于馬斯克和特斯拉而言，2023年還不是4680電池的高光之年。
4680電池的產量盡管有了里程碑式的提高，大規模穩定生產還需要克服相當多技術難題。
以4680電池的無極耳技術為例，在以往，極耳是動力電池的最基本構造之一，是電芯內正負極集流體與首尾蓋板連接的必要部件。而無極耳設計徹底省略了極耳這個部件，通過正負極集流體與蓋板／殼體的直連，成倍增大了電流在傳導時的面積，同時也在一定程度上縮短了電流傳導的距離。
這種設計，通過優化電池結構件，不但簡化了電池的生產工藝，降低了生產成本，同時也在一定程度上降低了電池內阻，電池發熱顯著降低，提高充放電峰值功率。但正如同所有最新技術一樣，4680電池省略了極耳構造，卻多了集流體黏附工藝，構成了生產的新挑戰。
不僅如此，據autoevolution網站最新透露，4680電池最初承諾使用的、能夠大幅度提高生產效率的電池電極干法涂布技術，至今也還沒有成功實現。
“對4680電池團隊而言，2023年的目標可能是為cyber電動卡車推出一款具有成本效益的電池。”馬斯克說，“重點是提高零部件的質量，并盡可能地提高電池產量。如果實現了這些關鍵目標，我們將為2024年的‘4680’年做好準備。”
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