撰文/N.E.S 張凱

馬斯克：續(xù)航每年增長5%特斯拉定律如何成真?

撰文/N.E.S 張凱

Elon Musk曾經(jīng)說過，特斯拉的續(xù)航能力要以每年5%的速度增加。

若想實現(xiàn)這一目標，理論上需要從三個方面去入手：一是降低整車質量，二是降低風阻系數(shù)，三是增大電池容量。從當前特斯拉旗下最新產品的參數(shù)來看，Model S系列和Model X系列的高配車型均已搭載容量為100kWh的電池組，由此來看，他們?yōu)閷崿F(xiàn)這一目標只采用了方法三。那么，無限增大電池容量真的可取嗎？

怎樣做到無限增大電容？

查看特斯拉的產品目錄，MODEL S/X 100D車型已經(jīng)在銷售列表當中，而再看這兩款車的配置表不難發(fā)現(xiàn)，其續(xù)駛里程理論值已經(jīng)達到了613km，相應的電池容量也已經(jīng)達到100kWh。眾所周知，特斯拉的電池全部放在車身底盤上方的電池艙，而查看車身數(shù)據(jù)，無論是這款車的底盤還是車身尺寸，并沒有發(fā)生變化。難道它的底盤真是一個“無底洞”，永遠可以放下每年都逐漸遞增的電池容量？

目前，以特斯拉MODEL S的在售車型為例，其型號分別有MODEL S60/S60D、MODEL S75/S75D、MODEL S90/S90D、MODEL S P100D共七款車型，其電池容量分別對應為60kWh、75kWh、90kWh和100kWh。而容量為75kWh、90kWh的電池組，正是從早先70kWh和85kWh升級而來。想了解這個“無底洞”，我們不妨從討論如何各增加5kWh的電量說起。

根據(jù)官方解釋，電池組電量增加過程中，其電池組的結構是沒有改變的，內部電池包的數(shù)量也未發(fā)生改變。60kWh內部有14個電池包，每個電池包內含384個電芯；85kWh由16個電池包組成，每個電池包內含444個電芯。而早先的70kWh，實際上是一個75kWh電池組，經(jīng)過軟件限制而來的。多余的5kWh，早先在美國是被當做一個價值3000美元的選裝包提供給車主，只要通過OTA軟件更新解鎖，MODEL S70就可以變?yōu)镸ODEL S75。

另外，分析75kWh和85kWh容量的電池，在85kWh電池中，每個電池包的容量是5.3kWh，14個這樣的電池包就是74.2kWh，由此來看，75kWh正是由85kWh的電池組縮減兩個電池包而來。那么，從85kWh到90kWh增加了5kWh的容量，也是通過增加電池包而來的嗎？

據(jù)悉，85kWh的電池組結構已經(jīng)無法再疊加電池包，而根據(jù)其采用的18650型號的電芯來看，能夠實現(xiàn)增加5kWh的最簡單方法莫過于增加鋰電池的能量密度，即調整電池內部化學材料。在這道工序中，特斯拉將電芯的石墨陽極中，添加了少量的硅，從而提升了電芯的能量密度。

電芯容量提升是關鍵

提高電池的能量密度，有兩種方法。一是通過電池設計來提高，比如減薄正負極的集電體及隔膜、減少黏結劑及導電輔助材料等，但這種做法存在極限。另一種方法是增大電極活性物質（正負極）的單位重量或者單位體積的容量。特斯拉通過在石墨陽極中添加少量硅的方法，來提高鋰電池的能量密度。在石墨陽極中加入硅后，由于硅原子的結構相比石墨能容納更多的鋰離子，導致陽極對鋰離子的吸納能力增強。然而，硅在充分吸納鋰離子后，其體積會膨脹300%，比石墨吸納鋰離子后的膨脹率7%要大很多。這種反復的體積變化，會造成固態(tài)電極變得“松軟”，容易崩離。由此，電池的循環(huán)壽命就會降低。

基于上述原因考慮，雖然能量密度可以顯著提升，但也伴隨著副作用，最終會導致電池壽命縮短。所以，電池專家們在石墨陽極中添加少量的硅時，要在能量密度和循環(huán)壽命中尋找平衡點。

眾所周知，特斯拉接下來即將投產MODEL 3車型。據(jù)悉，新車將使用21700電池將取代18650成為新的電芯，而這款電池也正是特斯拉正在研發(fā)和改進中的產品。

特斯拉此前一直使用松下生產的電池，無論是早先的特斯拉Roadster車型，還是MODEL S/X 85車型，都在使用額定電壓3.6V、容量3.1Ah的NCR18650A型電池，而90kWh的電池型號是由特斯拉與松下共同研發(fā)的定制電芯。目前，松下生產的18650電池中，NCR18650G型電池容量達到了3.6Ah。如果按照這個計算的話，85kWh電池組中的7102顆電芯，替換為G型電池，正好是90kWh。

基于此，我們推斷在90kWh電池組中，使用NCR18650G型電芯；而在85kWh的電池組中，使用NCR18650B型電芯?？傊陔娦究偭坎蛔兊那疤嵯?，只有把單個電芯的容量提升至3.6Ah，才能確保90kWh的電池總容量。

而要裝下P100D 車型中，容量為100kWh的電池，按照現(xiàn)狀有兩個方案：第一個是再疊加2個電池包，按照每個電池包5.3kWh的容量計算，正好可以得到100kWh；第二個方案就是替換能量密度更高的電芯。根據(jù)特斯拉電池艙的裝載量分析，只有第二種情況符合實際，因為90kWh是基于85kWh的電池組結構而來的，這個結構目前已經(jīng)達到最大可行范圍，而且電池組中已經(jīng)沒有空間再疊加更多的電池包。

如果增加電池包，電池組總質量和電池冷卻系統(tǒng)都要受影響。所以，想在當前情況下提升電池容量的5%，最可行的辦法就是提升電芯容量。