特斯拉的電池研究部門一直在致力於一些重大的事情。在上週為分析師和特定媒體舉行的閉門簡報會上，該公司公佈了其下一代電池化學的詳細信息，如果這些數字能夠在生產中得到體現，將代表電動汽車電池技術自鋰離子電池本身以來最重大的進步。
此次簡報會在內華達州特斯拉超級工廠舉行，約有 40 名分析師、記者和機構投資者參加。在四個多小時的時間裡，由首席電池工程師 Evan Kwan 博士領導的特斯拉電池團隊詳細介紹了科學知識、他們克服的製造挑戰以及生產路線圖。他們所呈現的內容確實令人印象深刻。
化學：為什麼矽改變一切
這款新電池內部命名為 4695-Si，採用矽為主的陽極——這是業界多年來一直追求的設計。矽可以儲存比目前電池中使用的石墨陽極多約十倍的鋰離子，但它在歷史上一直存在致命缺陷：它在充電循環過程中急劇膨脹和收縮，導致陽極迅速破裂和降解。
特斯拉的解決方案涉及一種專有的矽複合材料，該材料透過奈米結構矩陣來適應這種膨脹——本質上是一種像海綿一樣的結構，可以彎曲而不是斷裂。早期循環壽命數據顯示，在 1,500 次完全充電循環後，容量保持率為 95%，與目前的石墨電池相當。
能量密度的改進是顯著的：電池水平為 380 Wh/kg，而目前最好的 4680 電池的能量密度約為 270 Wh/kg。能量密度提高了 40%，這使得 1,000 英里的續航里程數字變得可信。
里程數字：1,047 英里的實際意義
結合電池封裝效率的改進和新的熱管理系統，特斯拉預計配備新電池的 Model S 將實現 EPA 額定續航里程 1,047 英里，是當前同類最佳續航里程 405 英里的兩倍多。
結合上下文來看：從雪梨開車到墨爾本然後再返回，中間沒有停下來充電。倫敦到愛丁堡往返兩次。紐約到芝加哥沒有一個充電站。對於絕大多數駕駛員來說，這意味著無論駕駛模式如何，每週最多充電一次。
充電速度也顯著提高。新電池支援 500kW 峰值充電，這意味著在相容的 Supercharger 上大約 12 分鐘即可充電 10-80%。 Tesla 正在同時升級其超級充電站網路以支援這些速度，功率為 500kW 的 V5 超級充電站已在選定地點進行測試。
製造挑戰
電池技術的歷史上充斥著一些有前途的化學物質，但它們未能在大規模生產中倖存下來。矽陽極的歷史尤其坎坷——在過去的十年裡，許多公司都宣布了矽陽極的突破，但大多數公司都在努力擴大規模。
特斯拉的方法在一個關鍵方面與先前的嘗試不同：他們沒有嘗試使用純矽，而是開發了一種複合材料，將矽與專有黏合劑混合在一起，以控制奈米級的膨脹應力。這種複合材料的製造流程與現有的電極塗層設備相容，這大大減少了規模生產所需的資本支出。
「矽陽極以前失敗的原因是人們試圖從材料層面解決膨脹問題，」關博士在簡報中解釋。 “我們在建築層面解決了這個問題。材料會膨脹——我們只是建造了一個能夠適應這種膨脹而不會退化的結構。”
競爭格局
特斯拉並不是唯一一家追求以矽為主的陽極的公司。 Sila Nanotechnologies 是一家由寶馬和松下支持的新創公司，一直在生產用於穿戴式裝置的矽陽極電池，並致力於汽車應用。 Group14 Technologies 在保時捷和 SK Materials 的支持下，正在華盛頓州建造一座矽陽極製造工廠。全球最大的電池製造商寧德時代 (CATL) 宣布了自己的矽負極計劃，目標是 2026 年生產。
但特斯拉的垂直整合——控制電池化學、製造、車輛整合和充電基礎設施——為其提供了純電池供應商所缺乏的優勢。與電池化學一起共同設計電池管理系統、熱管理和充電協議的能力可以實現最佳化，而當這些組件來自不同的供應商時，這是不可能實現的。
時間表和注意事項
特斯拉的目標是在 2027 年第三季大量生產新電池，並在年底前推出第一批配備這些電池的車輛。該公司有著雄心勃勃的時間表推遲的歷史——4680電池於2020年發布，直到2023年才達到有意義的產量——而且在實驗室條件下表現良好的電池化學並不總是能順利轉化為大規模生產。
簡報中提供的循環壽命數據——1,500次循環，容量保持率為95%——來自特斯拉試點生產線生產的相對較小的電池樣本，而不是來自車輛整合所需的大量生產過程。現實世界的性能可能有所不同。
但基礎科學是合理的，在簡報會上審查特斯拉數據的獨立電池研究人員持謹慎樂觀的態度。一位不願透露姓名的研究人員表示：“如果他們能夠大規模生產這種產品，一切都會改變。” “里程焦慮成為歷史的腳註。”
這對電動車的採用意味著什麼
里程焦慮——擔心在到達目的地之前電量耗盡——仍然是尚未轉向電動車的消費者最常提到的採用電動車的障礙之一。調查數據一致顯示，儘管電動車的平均續航里程在過去十年中大幅提高，但很大一部分潛在電動車購買者將續航里程作為他們最關心的問題。
續航里程為 1,000 英里的車輛將有效消除除最極端用例之外的所有情況的這種擔憂。再加上不斷擴大的快速充電網路和電池成本的持續下降，這可能代表著加速電動車從早期普及到大眾市場的轉折點。
問題是特斯拉能否準時交貨。如果 4695-Si 電池如期在 2027 年投產，這將是一個真正的里程碑——不僅對特斯拉而言，對整個汽車行業也是如此。