【周观点】特斯拉电池日开启电池革命新时代

每周一谈

1．每周一谈：特斯拉电池日开启电池革命新时代

1．1 综合技术改革实现降本增效

特斯拉于美国当地时间2020年9月22日，在加州弗里蒙特工厂召开2020年度股东大会，并举办电池日发布会，主要针对压缩成本、产能不足等限制因素，从技术改革、生产模式、自建产线等方面提出解决方案。

通过降本提效，使未来特斯拉电动汽车续航里程增加54％、度电成本减低56％、投资成本减少69％，并提出三年内推出定价仅25，000美元新车型的发展目标。

特斯拉发布全新4680电池（高80mm，直径46mm），电量提高5倍、续航提高16％、功率提高6倍、成本降低14％。电池体积和能量密度增大使得散热难度增大，为此4680采用无极耳设计，通过激光技术把极耳去掉，使电芯集流体与电芯盖板／外壳直接相连，接触面积增大从而增大电流、降低传导距离、减小电芯内阻5－20倍，解决散热问题，简化生产工序，减少发热量延长电池寿命，并提高充放电峰值功率。

2017年，特斯拉引入Jeff Dahn研究团队，2020年1月宣布自建1条电池试验线，2020年5月正式披露“无极耳”电池专利。弗里蒙特工厂生产的试验线约一年时间达到1GWh产能，正在考虑提高到2GWh。

正极材料领域主要通过无钴化＋生产工艺优化达到降本增效的目的。钴盐产品中，硫酸钴和氯化钴是最为重要的中间品。其中硫酸钴下游主要应用领域为锂电原料，不仅用来制备钴酸锂电池原料四氧化三钴，也是三元前驱体的主要原料之一，钴价上涨对三元电池生产商产生非常大的成本压力。基于技术成熟度及成本控制规划，我们认为磷酸铁锂将是无钴电池的主要选项。

摆脱对钴的依赖。由于供给端嘉能可收缩产能，需求端3C＋动力持续增长，硫酸钴等今年已上涨20％，并仍然处于增长通道。

CTP技术使LFP应用更广泛。CTP技术通过取消模组，减少结构件和重量，能量密度提升10－15％，成本降低可达10％，采用LFP的CTP电池能量密度可达160Wh／kg，续航超过400km，能够满足低配版本需要。

宁德时代LFP技术储备丰厚。2019年宁德时代总装机32GWh，其中三元21GWh，磷酸铁锂11GWh，均为国内第一。LFP主要之前用于客车，经过长期验证，将其复用至乘用车具备条件。

特斯拉在电池日发布其正极材料技术路线的产品排布矩阵：

基础款量产车型（Model 3／Y标准续航版）：使用磷酸铁锂，优先考虑使用寿命（充放电次数）

中高端车型（Model S／X，Model 3／Y高性能版，Powerwall）：继续使用三元，以保证长续航

能量密集车型（Semi／Cybertruck）：高镍三元，钴含量0，性能优先。

正极材料的生产加工环节占其成本构成的35％，通过正极生产环节工艺优化，不再用硫酸盐和前驱体，直接用电解冶炼金属做正极，可使得投资额下降66％，生产成本下降76％。

干电极技术可大幅提高电池能量密度，并有效降低生产成本。特斯拉于2019年2月5日宣布以 2．18 亿美元溢价 55％ 收购Maxwell，并于当年5月完成了交易，以获得干电极和超级电容两项核心技术。

干电极技术原理是生产时先对电极进行湿法处理，利用干电极技术，将粉末状的材料压成膜，Maxwell于2004年完成了干电极制造专利的申请，并且已经成功应用于NCM、NCA、LFP等正极材料，目前已经能够实现以下目标：

生产环节上 10 倍的空间利用率和 1／10 的能源消耗

单体能量密度从300Wh／kg提升至500Wh／kg

无溶剂技术将延长电池寿命到2倍，同时对于环境更为友好，可支持下一代无钴、固态电池技术。

减少溶剂搅拌、烘干设备使得成本下降10～20％。

通过负极材料体系更新换代，用硅基代替碳基，提高电池能量密度。硅能量密度远高于石墨，石墨负极能量密度372mAh／g，硅材料理论可达4200mAh／g，可存储锂含量为石墨负极的9倍，同时硅基原材料易获得，成本低。但由于存在热膨胀性差的致命缺陷，膨胀可达自身体积4倍，应用范围有限。

特斯拉对重新进行硅负极设计，给硅元素裹上弹性覆膜材料，不需要用CVD，通过涂层材料方式，聚合物粘结剂解决硅膨胀问题，负极成本降到1．2美元／kWh，并提升20％续航。

特斯拉发布集成式底盘方案，使电池直接成为车架的一部分，进一步去模组化，电池结构更加紧凑，提升车体强度。去模组化一直是特斯拉降低PACK成本、提高电池安全性的重要途径之一。PACK环节在电池成本构成中占比30％左右，通过改变电芯集成形式、减少模组数量，从而减少电芯外零部件的使用、降低装配成本以及简化生产流程。

充分发挥自建电池一体化优势，减少中间环节和零部件数量，降低成本。底盘分为前、中、后三大块，电池只是中间那块，车头和车尾是由合金铸造而成的两个巨大单体结构，特斯拉自主研发满足铸造要求的合金材料，实现集成式底盘。通过一体化生产，可实现电池加工度电节省成本49％、零部件减少79个，底盘零部件减少370件、整车减重10％、续航提升14％的优化目标，下一代电动车续航可达1，000km。