文档介绍：一文读懂特斯拉电池日
     
 
 
 
 
 
     
     
 
 
 
 
 
     
 
 
 
 
一、 五大环节降本增效，自建电池拉开序幕
提升电池生产效率，大幅降低制造成本。此次电池日特斯拉在电池设计、电池工厂、负极材料、正 极材料以及电池与车身的整合五个方面提出了下一代电池的愿景，通过五个环节的融合，特斯拉预 计可以将续航里程提升 54%，电池制造成本减少56%，单位投资成本减少 69%。
自建电池厂是降本主力，提升续航水平关键在负极。在提升续航里程方面，特斯拉预计负极材料未 来的潜力最大（-20%），其次是电芯设计（-16%）；在降低生产成本方面，特斯拉预计自建电池厂潜 力最大（-18%），其次是电芯设计（-14%）和正极材料（-12%）；在降低投资成本方面，预计自建 电池厂是最大的贡献端（-34%）。
特斯拉对自建电池工厂的整个流程进行了优化和扩展：
1）采用干电极工艺（后文详细阐述），简化生产流程，提升生产速度；
2）高速的电芯组装产线，实现连续性的组装加工；在单条组装线上实现 20GWh（单线产出增加 7 倍）；所有产线实现一体化和自动化，产线更加智能、高效。
3）化成分容环节，通过电子系统的管理减少 75%的复杂工序和 86%的成本。
总的来看，特斯拉的自建工厂 Terafactory 将来会实现产能投资的大幅降低和生产流程的简化。未来 在更小的工厂空间中能够容纳 1TWh的电池产能，每 GWh产能投资降低 75%（与 150GWh产能状 态下的 Gigafactory 相比）。公司目标电池产能在 2022年达到 100GWh，2030年达到 3TWh，除了 自用外，剩余产能可以外供。
二、 工艺升级：大电芯+无极耳+干电极
1865 到 4680，大电芯+无极耳
电芯升级三级跳。特斯拉最早从 2008 年开始使用 1865（18 代表直径，65 代表长度）型号的圆柱 电芯，2017年在Model 3中首次使用2170，电芯能量增加了50%；此次的电池型号继续升级到 4680， 依靠这一电芯设计的升级（大电芯+无极耳），预计电池能量提升 5倍、续航里程提升 16%、功率提 升 6 倍，这一设计方案可以使得电池成本下降 14%。
提升电池性能和解决产热问题催生无极耳技术。在进一步提升电池直径的过程中，体积扩大带来了 更为严重的散热问题，特斯拉解决这一问题的方式是去掉电池传统的极耳结构。根据特斯拉相关专 利介绍，无极耳电极电芯的制造工艺部分或者完全取消了传统的极耳，在正极或者负极极片的边缘 处增加导电涂层，让导电涂层直接与电池端盖接触，电流通过导电涂层和电池外壳到达电池外接电 路。从理论上来讲，无极耳电极工艺主要从三个方面改善电池的性能：
1）电流移动路径缩短减小内阻。传统的电池设计结构决定了为发生电化学反应，电流应当沿电极长 度方向移动，移动的距离与极耳的位置有关（电极中间或电极两端）；而无极耳电极工艺提供了一种 电极集流体与电池端盖内表面之间更加一致的电接触方式，使得电流移动的最大距离变成电极的高 度而非长度。而一般电极的高度是长度的 5%-20%，因此在电化学循环中无极耳电极的内阻可以减 小 5-20 倍。
2）显著降低电流偏移现象。电流偏移现象代表电极的某些区域经过比别的区域更多或者更少的电流； 在不考虑其他因素的情况下，电流将会沿着电极上内阻最小的路径接近极耳，这样局部会产生大的 过电位，导致不必要的化学反应的发生，降低电池寿命。而无极耳电极工艺使得内阻降低，电流的 路径更短、分布更加均衡，因此能够避免过电位的产生，改善电池寿命。
3）产热和散热能力得到显著改善。在产热方面，由于内阻降低，产生的热量也减少。在散热方面， 传统的电极极耳与电池端盖只有极小的接触面积，而无极耳电极中的导电涂层与电池端盖的有效接 触面积达到 100%，接触面积的增加使得散热能力提升，进一步优化电池性能、延长循环寿命。
实验结果令人满意，量产计划提上日程。对于去掉极耳的这一颠覆性举措，马斯克表示“这个工艺 很难，工程部花了很多的努力，并设计了很多专利，而实验的结果是比较满意的”。4680 电池将在 弗里蒙特工厂的试生产线进行生产，目前产能为 1GWh，后续规划达到 2GWh，2022年实现大规模 量产，未来计划进一步扩产至 200GWh 的规模。
干电极猜想落地，锂电池应用尚未完全成熟
干电极电池与传统电池的差异主要体现在极片的制造工艺上。传统的锂电池制造将具有粘合剂材料 的溶剂 NMP 与负极或正极粉末混合后，把浆料涂在电极集电体上并干燥。干电极技术不使用溶剂， 而是将