特斯拉和他钟爱的锂电池

从2008年发布第一款电动汽车至今,特斯拉被越来越多的人所接受。它的出现,引爆了电动汽车的新时代。从Tesla Roadster的初出茅庐,到Tesla Model S的风靡万千;从Tesla Model X的惊艳外形,到Tesla Model 3亲民价格,特斯拉的每一步都牵动着广大爱好者的神经。它或许不是新能源汽车的开创者,但一定是这个时代最备受瞩目的那一个。


Model X.jpg

和广大电动车一样,特斯拉采用的锂电池组作为动力源。以Tesla Model S为例,其电池组的重量高达900公斤,被完整地放置于底盘之上,由7104节18650锂电子组成,几乎占据了整个底盘。


特斯拉电池组.jpg

而今天我们要讲的,就是特斯拉的锂电池。

老规矩,在这之前,我们先了解了解电池的内部原理。

电池发电是利用两个电极的电势的不同,产生电势差,从而使电子流动,产生电流。以锌铜电池为例,锌为负极,铜为正极。锌是活泼金属,在电解液中(一般为酸性溶液),锌失去电子,电子通过电解液流到正极(铜不与酸发生反应),在这种不断反应过程中,形成电流,直到锌消耗完毕。

原电池原理.png

我们平时用的五号、七号电池,除了正负极材料不同,基本都是利用这种原理制成的。这种电池一般价格便宜,标准化程度高,使用极为广泛。但是我们可以发现,一旦负极的活性材料消耗完毕,电池就无法继续进行氧化反应,那么意味着电池就没电了。我比较懒,不喜欢经常买电池,能不能发明一种可重复使用的电池呢?

其实可充电电池在19世纪就有了,只是因为其使用了铅,容量不仅低,对环境还有很大危害。1970年代在埃克森工作的迈克尔(M.S.Whittingham)最早提出锂离子电池。他最开始采用硫化钛作为正极材料,金属锂作为负极材料。但因为锂是一种高度反应性的元素,由于在正常大气条件下水和氧的存在,锂会燃烧。之后他将研究转移用锂化物代替金属锂,最终制成首个锂离子电池。

这里我们又要提一提了,我们平时所用的锂电池的正确叫法应该是锂二次电池或锂离子电池,因为真正的锂电池是用金属锂作为负极,和锌铜原电池一样,金属锂直接参与氧化反应,用完了没了。而锂离子电池,也就是我们常用的可充电锂电池,是通过锂离子的参与反应,当然,平时大家已经说习惯了,也就不用改口了,不过一定要记得锂电池和锂离子电池的区别。


18650电池.jpg

经过几十年的发展,到如今遍布各类电子设备,锂电池的作用越来越无法取代。而其中,特斯拉使用的就是松下的18650锂电池。18650其实是指电池的外形规格,是当年SONY公司为了节省成本而定下的一种标准电池型号。其中18表示直径为18mm,65则指其65mm的高度,0表示它的外形是圆柱形,一般容量是 2200 到 3400 mAh

特斯拉选择松下是经过相当长时间考虑的,作为锂电池产商的佼佼者,松下一直走的是高端路线,而其收购了三洋之后,更奠定了其行业霸主的地位。可以说,选择松下,本就是强强联合的典范。同时,松下提供的18650电芯正极材料选用的NCA,也就是镍钴铝酸锂三元材料,这种材料比传统的钴酸锂、镍酸锂和锰酸锂等正极材料能量密度更高、循环寿命更长、安全性也有显著提升。另一方面,全球NCA出货量最大的住友金属的唯一合作商就是松下,这意味着无论从性能还是产能上来说,松下都是最好的选择。最重要的是,2013新合同签订之前,松下提供的价格的2美元一个,这个价格绝对是行业最低价!(松下很可能是赔本的)。对于一辆车动辄七八千粒电池的特斯拉来说,电池的成本直接决定了其产品的定价。即便是新合同单价上涨至3.5美元,但年均5亿的稳定产量也是其余产商难以保证的。


松下.jpg

有了松下的帮助,马斯卡可谓是志得意满,Model S成为特斯拉最畅销的车型,2015全年销量25000辆,2016更是接近30000辆,而同年特斯拉汽车的总销量达到了76230辆,以电动车市场来说,这个数字相当惊艳。

马斯卡没有安于现状,而是乘胜追击,早在2014年3月,他就宣布建立超级电池工厂Gigafactory,该工厂投资50亿美元,选址在美国内华达州,工厂面积超过了53.9万平方米,号称是目前世界上占地面积最大的单体建筑。


特斯拉超级工厂.jpg

而今年1月4号,超级工厂便已经正式开工,开始大量生产锂电池。更值得注意的是,这次特斯拉生产的不再是18650电池,而是和松下联合研制的2170电池。有趣的是,特斯拉没有按照传统的电池命名为“21700”(即直径+高度+外形),所以在1月10号三星SDI发布同等规格的新型锂电池,命名“21700”,新能源电池争夺战在无形之中慢慢展开。

新的超级工厂,新的大容量电池,新的Tesla Model 3,这一切的一切,都显示着电动车市场又开始新的征途。特斯拉的未来是怎样的?电动车会成为人类社会的主流吗?我们拭目以待。

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