特斯拉用什么样的电池，大家都很关注。
特斯拉在发布会上表示将全面转型，产品大规模使用磷酸锂电池，在全球范围内使用磷酸铁锂作为标准版本的电池。而随后赣锋锂业与特斯拉签署了《产品供应合同》，约定自2022年1月1日起至2024年12月31日，由公司及赣锋国际向特斯拉供应电池级氢氧化锂产品。
特斯拉到底怎么样用电池，磷酸铁锂和高镍的场景分别是什么样的，这个值得我们仔细考虑。
1）长循环寿命：
这是特斯拉规划的入门级产品和储能站，优先考虑使用寿命（充放电次数），电池会主要考虑使用磷酸铁锂电池。可以预期的是，入门级车型，就是特斯拉所说的25000美金车型的选择是基于磷酸铁锂电池的。
2）长续航（中级产品）：
这是特斯拉根据客户的需求，优先考虑续航里程的长度，电池需要较高的能量密度，目前是围绕镍和锰来做的无钴电池。
3）重量敏感的产品（高端产品）：
在皮卡、重卡领域，由于需要考虑带载能力，所以优先考虑性能，需要采用高镍电池，这也是特斯拉目前自主开发的重要领域。
▲ 图1.特斯拉2020年Battery Day的电池分配
Part 1 特斯拉的大逻辑
特斯拉CEO Elon Musk在10月的投资者会议上为特斯拉设立新目标：到2030年特斯拉的电动汽车年销售量将突破2000万辆。
而目前特斯拉的产能，在中国超过了45万台，加州超过了60万台，柏林工厂有望于未来几周正式投产——按照每个周5000台Model Y的产量估算，短期内一年能拉高到24万台左右，后续也可能拉高到上海的规模。而德州将来作为特斯拉的总部，预期的产能也会加码到50万台左右。
所以从2022年，预期特斯拉总体的产能在明年可以实现200万左右的规模。
▲ 表1.特斯拉的产能布局
特斯拉的技术路线中，从松下的18650到21700，再导入LG Chem，然后加入了宁德时代的方壳铁锂，特斯拉牢牢把握住了主动权。
在电池的选择上来看，目前特斯拉是全球最大的动力电池采购大户，和第二名的差距还在持续拉大。站在2020年的时间点来看，特斯拉组织了自己的人才体系，从4680这种大圆柱的规格来设计和制造电芯工艺，真正切入电动汽车的核心，是相当让人敬佩的。而且这个方案，在柏林工厂的开业仪式上得到了展示，我们不光看到了4680的电池，也看到了围绕4680电池做的CTC设计。
▲ 图2.柏林工厂是Model Y 结构化电池的
基地，也是4680电池的主力
说实话，在柏林工厂看到的电芯样品、电池系统设计截面，包括特斯拉的细节设计是很让人震撼的。特斯拉在具体的设计中继续采用电芯侧面冷却的方式，4680从车身横向布置，把电池和电动汽车本身做了深度的结合考虑设计，真正把电池完全嵌入到车体里面去思考和优化。
▲ 图3.特斯拉的4680 Model Y的结构设计
高镍电池，是特斯拉基于降低对于钴的依赖，降低对于电池成本来考虑的核心要素。
从今年以来，由于磷酸铁锂的需求量快速提升，碳酸锂的价格在快速攀升。
如下图所示，某种意义上来说，特斯拉把新增的需求，从之前NCA+和NMC811的量，转化为磷酸铁锂，降低了钴的需求，实现了钴价格的稳定；同时也减少了一些镍资源的需求。
▲ 图4.IEA对于金属材料的需求分解
实际上，按照特斯拉之前的布局，通过高镍正极材料的开发，特斯拉想要实现在材料端15%的价格下降，这项技术储备是有战略意义的。
▲ 图5.特斯拉的高镍材料开发
从特斯拉公布的路径来看，当前的磷酸铁锂主要是依靠中国的供应商来做的，而高镍电芯的开发则一方面依靠自己的团队，另一方面也在推动松下、LG Chem这样本身的供应商跟上。在高镍电池方面，特斯拉有信心在续航里程上提升54%（电芯设计、负极、正极及电芯底盘集成分别贡献提升16%、20%、4%、14%）；单位成本下降56%（电芯设计、电芯工厂、负极、正极及电芯底盘集成分别贡献下降14%、18%、5%、12%、7%），也就是预期电芯的成本可以从2021年的100美金/kwh下降到2025年56美金/kwh；而单位投资额下降69%，这代表特斯拉可以大幅提高自己的产线能力，自己制造更多的电芯（五项措施带来的贡献下降7%、34%、4%、16%、8%）。
▲ 图6.特斯拉需求的成本
而2021年最重要的事情还是4680大圆柱电池真正从PPT到实际落地，从18650到21700再到46800，特斯拉的优选路径还是圆柱电芯。这次发布的电芯，直径46mm，高度80mm，容量可提升5倍，续航提升16%，成本下降14%。
这里最大的挑战是快充速度，由于体积变大，电芯内部的热量在超级快充散热很难解决，所以通过创新无极耳设计，降低电流距离，实现内阻下降。
▲ 图7.特斯拉的大圆柱电芯技术
Part 2 高镍电芯的安全性问题
这个昨天已经说了，在这里再重复下，Soteria的安全解决方案主要包括，在阐述样品中使用了811/石墨5Ah软包叠片电池，针刺后的电池还可以用，从容量保持率来看能保持93%。我们可以理解，在特斯拉导入相似的设计以后，高镍电池的安全性完全得到了保障。
1）Dreamweaver separator 高温隔膜：
Dreamweaver可能是无纺布隔膜，按照Soteria的说法在300℃的温度下非常稳定，没有明显的收缩。采用芳纶纤维增强以后，温度可以进一步在550°C保持稳定。
2）聚合物基的金属镀层集流体：
Soteria的集流体是它安全设计的核心技术，Polymer使用的材料对比。
高镍电池安全设计要从隔膜和复合集流体两方面综合作用来达到效果，耐高温隔膜不会发生热收缩导致大面积短路的情况，聚合物基集流体升温后会熔断起到类似电芯里面保险丝的作用。
▲ 图8.Soteria的解决方案
小结：从长远来看，高镍电池给了人类更高的能量密度，并且对资源的需求集中在大宗的镍需求上，这个是相对容易解决的。所以我们很有必要密切关注技术的发展！
END
作者：朱玉龙
来源：https://mp.weixin.qq.com/s/81KnRPYtGhkrCMunYjr_Gw
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