特斯拉和他鐘愛的鋰電池

從2008年發(fā)布第一款電動汽車至今,特斯拉被越來越多的人所接受。它的出現(xiàn),引爆了電動汽車的新時代。從Tesla Roadster的初出茅廬,到Tesla Model S的風(fēng)靡萬千;從Tesla Model X的驚艷外形,到Tesla Model 3親民價格,特斯拉的每一步都牽動著廣大愛好者的神經(jīng)。它或許不是新能源汽車的開創(chuàng)者,但一定是這個時代最備受矚目的那一個。


Model X.jpg

和廣大電動車一樣,特斯拉采用的鋰電池組作為動力源。以Tesla Model S為例,其電池組的重量高達(dá)900公斤,被完整地放置于底盤之上,由7104節(jié)18650鋰電子組成,幾乎占據(jù)了整個底盤。


特斯拉電池組.jpg

而今天我們要講的,就是特斯拉的鋰電池。

老規(guī)矩,在這之前,我們先了解了解電池的內(nèi)部原理。

電池發(fā)電是利用兩個電極的電勢的不同,產(chǎn)生電勢差,從而使電子流動,產(chǎn)生電流。以鋅銅電池為例,鋅為負(fù)極,銅為正極。鋅是活潑金屬,在電解液中(一般為酸性溶液),鋅失去電子,電子通過電解液流到正極(銅不與酸發(fā)生反應(yīng)),在這種不斷反應(yīng)過程中,形成電流,直到鋅消耗完畢。

原電池原理.png

我們平時用的五號、七號電池,除了正負(fù)極材料不同,基本都是利用這種原理制成的。這種電池一般價格便宜,標(biāo)準(zhǔn)化程度高,使用極為廣泛。但是我們可以發(fā)現(xiàn),一旦負(fù)極的活性材料消耗完畢,電池就無法繼續(xù)進(jìn)行氧化反應(yīng),那么意味著電池就沒電了。我比較懶,不喜歡經(jīng)常買電池,能不能發(fā)明一種可重復(fù)使用的電池呢?

其實可充電電池在19世紀(jì)就有了,只是因為其使用了鉛,容量不僅低,對環(huán)境還有很大危害。1970年代在埃克森工作的邁克爾(M.S.Whittingham)最早提出鋰離子電池。他最開始采用硫化鈦作為正極材料,金屬鋰作為負(fù)極材料。但因為鋰是一種高度反應(yīng)性的元素,由于在正常大氣條件下水和氧的存在,鋰會燃燒。之后他將研究轉(zhuǎn)移用鋰化物代替金屬鋰,最終制成首個鋰離子電池。

這里我們又要提一提了,我們平時所用的鋰電池的正確叫法應(yīng)該是鋰二次電池或鋰離子電池,因為真正的鋰電池是用金屬鋰作為負(fù)極,和鋅銅原電池一樣,金屬鋰直接參與氧化反應(yīng),用完了沒了。而鋰離子電池,也就是我們常用的可充電鋰電池,是通過鋰離子的參與反應(yīng),當(dāng)然,平時大家已經(jīng)說習(xí)慣了,也就不用改口了,不過一定要記得鋰電池和鋰離子電池的區(qū)別。


18650電池.jpg

經(jīng)過幾十年的發(fā)展,到如今遍布各類電子設(shè)備,鋰電池的作用越來越無法取代。而其中,特斯拉使用的就是松下的18650鋰電池。18650其實是指電池的外形規(guī)格,是當(dāng)年SONY公司為了節(jié)省成本而定下的一種標(biāo)準(zhǔn)電池型號。其中18表示直徑為18mm,65則指其65mm的高度,0表示它的外形是圓柱形,一般容量是 2200 到 3400 mAh

特斯拉選擇松下是經(jīng)過相當(dāng)長時間考慮的,作為鋰電池產(chǎn)商的佼佼者,松下一直走的是高端路線,而其收購了三洋之后,更奠定了其行業(yè)霸主的地位??梢哉f,選擇松下,本就是強(qiáng)強(qiáng)聯(lián)合的典范。同時,松下提供的18650電芯正極材料選用的NCA,也就是鎳鈷鋁酸鋰三元材料,這種材料比傳統(tǒng)的鈷酸鋰、鎳酸鋰和錳酸鋰等正極材料能量密度更高、循環(huán)壽命更長、安全性也有顯著提升。另一方面,全球NCA出貨量最大的住友金屬的唯一合作商就是松下,這意味著無論從性能還是產(chǎn)能上來說,松下都是最好的選擇。最重要的是,2013新合同簽訂之前,松下提供的價格的2美元一個,這個價格絕對是行業(yè)最低價?。ㄋ上潞芸赡苁琴r本的)。對于一輛車動輒七八千粒電池的特斯拉來說,電池的成本直接決定了其產(chǎn)品的定價。即便是新合同單價上漲至3.5美元,但年均5億的穩(wěn)定產(chǎn)量也是其余產(chǎn)商難以保證的。


松下.jpg

有了松下的幫助,馬斯卡可謂是志得意滿,Model S成為特斯拉最暢銷的車型,2015全年銷量25000輛,2016更是接近30000輛,而同年特斯拉汽車的總銷量達(dá)到了76230輛,以電動車市場來說,這個數(shù)字相當(dāng)驚艷。

馬斯卡沒有安于現(xiàn)狀,而是乘勝追擊,早在2014年3月,他就宣布建立超級電池工廠Gigafactory,該工廠投資50億美元,選址在美國內(nèi)華達(dá)州,工廠面積超過了53.9萬平方米,號稱是目前世界上占地面積最大的單體建筑。


特斯拉超級工廠.jpg

而今年1月4號,超級工廠便已經(jīng)正式開工,開始大量生產(chǎn)鋰電池。更值得注意的是,這次特斯拉生產(chǎn)的不再是18650電池,而是和松下聯(lián)合研制的2170電池。有趣的是,特斯拉沒有按照傳統(tǒng)的電池命名為“21700”(即直徑+高度+外形),所以在1月10號三星SDI發(fā)布同等規(guī)格的新型鋰電池,命名“21700”,新能源電池爭奪戰(zhàn)在無形之中慢慢展開。

新的超級工廠,新的大容量電池,新的Tesla Model 3,這一切的一切,都顯示著電動車市場又開始新的征途。特斯拉的未來是怎樣的?電動車會成為人類社會的主流嗎?我們拭目以待。

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