马斯克的4680电池野心：电动汽车+储能，让特斯拉成为电池之王

“电动汽车大多是装有轮子的电池组”——这句话或许能够解释电池成本在电动汽车价格构成中的地位。
作为全球最大的电动汽车制造商，特斯拉自身研发和生产的4680大圆柱锂离子电池在新的一年有望进入量产的快车道。
一方面，特斯拉希望通过4680大圆柱电池的新技术，让电动汽车电池储存更多能量、续航时间更长、价格更便宜，并最终在包括电动卡车、电动跑车在内的特斯拉全系列电动汽车产品中使用。
另一方面，特斯拉还希望通过使用磷酸铁锂材料，从而将4680大圆柱电池应用于市场前景广阔、“未来有望超过汽车生产”的储能领域。
而这些，或许都还不是马斯克和特斯拉苦心打造4680电池的根本目的。在一些分析人士看来，4680电池的终极任务，是让特斯拉成为电池之王。特斯拉制定标准，其他的电池制造商选择站队。
要知道，在过去相当长一段时间，全球锂离子电池的主流形状都是方。

将在内华达州新建4680电池产能100GWh
近日，美国内华达州州长乔·隆巴多 (Joe Lombardo) 宣布，特斯拉公司计划在内华达州追加投资36亿美元，扩建其现有的超级工厂。此次扩建包括两部分设施——一部分设施用来制造Semi半挂式电动卡车，另一部分设施将用来生产4680大圆柱形锂电池，规划年产能是100GWh。

扩建项目将在特斯拉现有的内华达超级工厂基础上，增加400万平方英尺的占地面积。此外，特斯拉还计划增加 3000名新工作岗位。
特斯拉随后在推特上官方证实了这一说法。特斯拉表示，自2014年以来，特斯拉已在内华达州累计投资62亿美元，其中包括建造了一座540万平方英尺的超级工厂，用于生产汽车电机和电动汽车电池。
“以内达华超级工厂为基石，特斯拉推动着世界向可持续能源转型。”在推文中，特斯拉说。
值得注意的是，一旦内华达州超级工厂的4680电池产线投建，其将成为继得州超级工厂和加州特里蒙特试点工厂后，第三家拥有4680电池产能的特斯拉美国工厂。
目前，特斯拉得州超级工厂布局了四条4680电池生产线，一条已经投产，其余三条处于调试和安装阶段。在去年年底，加州特里蒙特试点工厂实现了一周生产86.8万个4680电池电芯的重大突破，这一周产量能够供应大约1000辆特斯拉Model Y电动汽车。
去年4月，得州超级工厂生产的Model Y车型中一部分已经实现4680电池装车并交付，该工厂另外的Model Y车型则继续装载日本松下的2170圆柱电池。
马斯克此前表示，特斯拉未来所有的电动车型，包括Model Y、 Semi半挂式卡车、Cyber电动卡车和Roadster 2电动跑车，都将使用4680大圆柱形电池。

在特斯拉此次公布内华达州超级工厂扩建的消息中，还有一个细节值得玩味。据autoevolution网站报道，特斯拉最初表示，内华达州新建的100GWh的4680电池产能将支持生产200万辆电动汽车，但后来将这一数值更正为150万辆。新的数值意味着平均每辆车的电池容量将为67KWh。
特斯拉此前曾表示，目前内华达州工厂的电池年产能为35GWh，能够支持每年生产50万辆电动汽车。这意味着目前平均每辆电动汽车的电池容量为70 KWh。
相对于普通电动乘用车，特斯拉semi半挂电动卡车和cyber电动卡车需要的电池容量都更大，为何平均每辆车的电池容量还会减少？
autoevolution网站推测，这似乎证实了特斯拉将推出更小的大众乘用车。每辆车的电池容量约为45 KWh，甚至更低。autoevolution网站认为，随着电池包效率的提高和紧凑型汽车重量的降低，容量较小的电池仍然可以提供足够的续航里程。
此外，内华达州新电池生产设施的位置也颇有战略性，它位于电池回收公司红木材料（Redwood Materials）的电池回收设施附近。去年7月，红木材料表示计划斥资35亿美元在内华达州西北部建立一家电池材料工厂，生产锂离子电池正负极。
不仅如此，电池所需要的关键的原材料锂矿也离新厂址不远。据了解，内华达州拥有美国唯一一个在产的锂矿。而就在此前的1月16日，美国能源部表示，将为内华达州的Rhyolite Ridge锂矿项目建设提供高达7亿美元的贷款。
所有这一切，都将有利于特斯拉4680电池供应链的进一步完善。
4680电池转向磷酸铁锂材料以适用储能，电池总产能冲击1000GWh
2020年，特斯拉在其电池日隆重推出了4680大圆柱形锂离子电池，与2170圆柱电池相比，电池尺寸更大，采用无极耳技术，单体容量更高，并能有效降低电池的生产成本。
如果说三年前的4680电池是为了更便宜、续航里程更长的电动汽车而诞生，那么如今它还将肩负起另外的使命——在特斯拉的Megapacks和Powerwall等储能产品中使用。
近日，马斯克在回答一位投资者提问时表示:“我们的长期目标，是在特斯拉内部生产超过1000GWh的电池。”
“需要明确的是，我们将继续使用其他电池供应商（目前特斯拉的电池供应商包括宁德时代、LG新能源、日本松下），只是，锂离子电池的需求是近乎无限的，而且将持续相当长一段时间。我们要更快地扩大规模。”马斯克还透露，“我们已经有了一个惊人的计划，可以使4680电池具有低成本和高能量密度。”
据autoevolution推测，马斯克的最后一句话，可能表明了4680电池将实现正极材料化学成分更加多样化。
按照正极化学材料的不同，当前锂离子电池有磷酸铁锂和镍钴锰三元锂两条主流技术路线。磷酸铁锂电池的安全性更高，能量密度偏低，成本低，最适合储能；三元电池的能量密度更高，但稳定性和耐用性也较差，通常用来满足电动汽车的长续航要求。目前，特斯拉生产的4680电池使用的是高镍三元正极材料。
从2021年开始，特斯拉的储能产品Megapacks所使用的电池转用了磷酸铁锂材料。因此，过渡到4680大圆柱形电池，考虑到材料的性能和更有利的成本，将极有可能采用磷酸铁锂材料。
在马斯克看来，全球可再生能源存储的需求正在飙升。他曾预计特斯拉Megapack储能业务未来的增长将超过汽车生产业务。而在各种电池形状中，圆柱形磷酸铁锂电池的制造成本最低，寿命最长。

不过，对于马斯克和特斯拉而言，2023年还不是4680电池的高光之年。
4680电池的产量尽管有了里程碑式的提高，大规模稳定生产还需要克服相当多技术难题。
以4680电池的无极耳技术为例，在以往，极耳是动力电池的最基本构造之一，是电芯内正负极集流体与首尾盖板连接的必要部件。而无极耳设计彻底省略了极耳这个部件，通过正负极集流体与盖板／壳体的直连，成倍增大了电流在传导时的面积，同时也在一定程度上缩短了电流传导的距离。

这种设计，通过优化电池结构件，不但简化了电池的生产工艺，降低了生产成本，同时也在一定程度上降低了电池内阻，电池发热显著降低，提高充放电峰值功率。但正如同所有最新技术一样，4680电池省略了极耳构造，却多了集流体黏附工艺，构成了生产的新挑战。
不仅如此，据autoevolution网站最新透露，4680电池最初承诺使用的、能够大幅度提高生产效率的电池电极干法涂布技术，至今也还没有成功实现。
“对4680电池团队而言，2023年的目标可能是为cyber电动卡车推出一款具有成本效益的电池。”马斯克说，“重点是提高零部件的质量，并尽可能地提高电池产量。如果实现了这些关键目标，我们将为2024年的‘4680’年做好准备。”