盼星星盼月亮，终于等到了特斯拉“电池&动力总成日”（下文简称“电池大会”）。
去年（2019年）6月11日（美东时间），特斯拉股东大会上，马斯克在结束时提了一嘴“将会在年底前发布电池大会，到时候会介绍Maxwell公司的应用、新电池技术和新动力总成”。
结果，“电池大会”发布时间一延再延，直到今天才终于揭晓。
由于疫情影响，此次将“股东大会”和“电池大会”合在了一起。所以直播一开始，先是讨论了一段关于公司提案投票的事情，其中“付费广告”关注度较高，但结果目前暂未知晓。
这段过程虽然是股东大会惯例，但仍显得多少有些无聊。
马斯克简单总结了一下过去一年特斯拉的实现的成就，着重提了一下AP系统过去不太完善，所以团队几乎重写了软件核心，用“3D视频标注”替代了过去“8个摄像头分别图像标注”的方式训练神经网络，实际效果和体验将会有极大提升。具体“Feature completed”版本的beta FSD软件，将会在一个月后推送给“早期内测用户”，随后将大范围推送给用户。
当然，马斯克在推特上吊足了大家的胃口，所以前面这段“股东大会”的内容，给后面的“电池大会”做足了“欲扬先抑”的铺垫，导致接下来的内容让人无比期待。
雄心壮志
特斯拉的目标自始至终都是“加速可持续能源发展”，分为三个方向来实现：可持续能源方式发电、可持续能源方式储能、可持续能源交通。
目前气温上升、环境变差是人人皆知的事情，可持续能源的发展迫在眉睫。很多人可能并没有注意到，从2010年到2020年，美国的能源结构已经从46%煤发电，减少至今天的23%左右；风能、太阳能发电已经占据了新发电容量的76%比例。可持续能源趋势已经很明显，但是还需要加速这个过程。
特斯拉已经交付了100多万辆车、5GWh的储能设备，共有260亿英里的电动车行驶长度，17TWh电能通过太阳能设备产生。为这一过程做了一点贡献，但这还远远不够，特斯拉还需要生产更加廉价的电动车和储能设备，同时用更少的成本、更快的速度建设工厂。
所以为了实现这一目标，特斯拉接下来将会建造Terafactory（1000倍Gigafactory产能），即年生产1TWh（万亿度）电池的工厂；作为对比，2019年特斯拉电池年产量才0.1TWh。未来预估每年特斯拉将会生产20TWh电池，来满足整个蓝图。
其中10TWh电池将会用于汽车产品，另外10TWh电池将会用于储能设备及其他。意味着目前可持续能源需要增长1600倍。
当然，要实现这一切的前提是，大幅降低电池成本。即便每年的电池成本都在降低，但是不足以满足特斯拉的“野心”。
所以，就像从零开始打造电动车一样，特斯拉从零开始打造了电池。
杀手锏
特斯拉为了降低电池的成本，从5个方面对其进行了技术革新：电芯设计、电芯生产、阳极材料、阴极材料、电池整合入车。
一、电池设计（降低14%成本）
过去的圆柱形电池结构如下图，阳极材料涂抹在阴极金属箔长卷上（约1米），中间夹一层电池隔膜，并且需要在阳极焊接上电极。
放电过程即阳极上储存的锂离子透过隔膜进入阴极，电子通过外部线路从阳极进入阴极，充电过程则相反。
基于这样的结构，如果将尺寸放大，则可以储存更多的能量，例如单个21700电池相比于18650电池能量多50%。所以特斯拉根据车辆续航、成本减少因素，找到了相对合适的新尺寸46800（46mm直径、80mm长）电池。
这样的道理其实很简单，但之所以其他电池厂没有这样做，其中根本原因在于，电池发热问题没有得到解决，尺寸增加后会更加剧积热问题。但特斯拉通过一系列技术攻克，大幅降低了电池发热问题，从而可以实现大尺寸电池。
由于过去带电极的电池设计中，电子需要走过一圈一圈的长路径，所以造成的发热很严重。而特斯拉则采用了“无电极”（无传统物理结构的电极，本质上电极变大了）设计，通过激光处理原有的金属箔，实现了更简单的生产过程、更少的零部件，更重要的是减少了5倍电子通过的路径，所以极大减少了发热问题。
电芯尺寸的增加，实现了5倍的电能提升，电能质量比提升，续航增加16%，提高到6倍功率。此外，生产这样的电池，实现同样的电能，可以大量减少电池包装材料、金属箔使用、焊接需要。而这一切提升还仅仅只是电池设计所带来的。
最夸张的是，这个设计并不是概念产品，而是前一阵在弗里蒙特工厂旁边Pilot工厂（Roadrunner项目）正在生产的电池。
二、电池生产（降低18%成本 $/kWh）
过去电池生产过程，可以大致分为四步：电极处理、卷、装填电解液和组装、化成。
单就电极处理这一步，在过去湿式处理过程中。阴极材料需要混合水或者其他溶剂，涂抹在金属箔上面，然后再进行烘干和溶剂回收。这个过程不仅需要非常长尺寸的流水线来保证生产速度，所使用的溶剂还基本为易燃、有毒物质，所以要采用一大堆设备、占用大量空间才能完成。
不过特斯拉去年收购的Maxwell公司拥有一项技术——“干电极”。即直接使用阴极材料粉末，直接涂抹至金属箔上，省去了大量生产工序，并且相较于湿式涂抹要安全许多。
不过马斯克特意提到，视频中属于小规模生产，要实现大规模量产，还需要克服很多技术难点，即便是在Pilot工厂，虽然比视频中展示的要优化了很多，但距离全面规模量产还有些距离。
如果完全实现了规模量产，生产流程将缩短10倍，能源消耗也将缩短10倍。目前Pilot工厂采用的是第四代生产设备，估计要实现全面规模量产需要到第6代或者第7代。
关于装填电解液和组装过程。工程师们从头设计生产设备，用于提高生产速度。最佳的生产流程是一边完成组装，一边高速移动进入下一流程。以上述生产流程和Pilot工厂设备，一条生产线可以生产20GWh电池，较传统生产线提升了7倍。
最后则是化成，这个阶段决定着最终一步电池品质。过去是单个电池充放电化成，特斯拉通过软硬件的升级，可以做到几千个电池同时进行并保证结果，这单一工序的优化，资本投入减少86%，生产流程缩短75%。
以上这些生产环节的变化，能够在更小的空间内以更高的速度生产电池。马斯克作的比喻是以目前内华达州的Gigafactory为基准，同样面积采用新生产流程，可以从150GWh产量提升至1TWh，接近10倍的产量提升。
特斯拉今后仍然会和松下、LG、宁德时代合作采购电池，同时加速自产电池的产能。目标是2022年实现100GWh产能，2030年实现3TWh产能。
三、阳极材料（降低5%成本$/kWh）
一般阳极材料会选用石墨，因为这种晶体结构不仅稳定可以存储锂离子，而且在充放电过程中，膨胀缩小的程度较小。但是石墨存储锂离子的能力远不如硅，硅可以存储9倍于石墨，但是在充满电后，其体积结构会膨胀4倍，由此则会导致结构损坏损失电池寿命。
所以业界采用的方案有“硅玻璃”、“石墨硅”、“纳米硅”，其成本价格分别为6.6$/KWh、10.2$/KWh、大于100$/KWh，其成本都太贵了。所以特斯拉打造了自己的方案——“特斯拉硅”。
特斯拉采用“弹性离子聚合物”包裹住硅晶体，有效限制了其膨胀体积，增加了硅作为阳极的稳定性，能够增加续航20%。
四、阴极材料（降低成本12%$/kWh）
目前阴极材料也基本无外乎镍、钴、锰、铝元素组成的氧化物，其所有的目标都是找寻最稳定和容量最大的结构，“容纳”更多的锂离子。当充放电过程中，锂离子来来往往，需要保证阴极材料稳定来保证安全和寿命。
其中镍主要负责容量问题，钴用于稳定结构，锰、铝也起到一定稳定作用。由于钴矿的开采问题和成本问题，特斯拉决定弃用钴元素。通过“特别的涂层和掺杂物”用镍、锰作为主要材料，能够实现稳定安全的结构，同时降低15%的阴极材料成本。
此后的特斯拉的产品线，将分为三类：长寿命储能和基础续航款车型、长续航车型和大容量储能、重量敏感的车型（高能量密度），分别采用铁锂电池、镍锰锂电池、高镍锂电池。
虽然铁电池要比镍电池能量密度少50%-60%，但是考虑整个电池包和装载产品情况，中续航类型汽车以及储能产品采用铁电池性价比非常合理。同时镍锰电池采用2/3镍、1/3锰可使得同样的镍使用，相比于过去多生产50%的电芯。
另一个关键的问题是阴极生产过程，占据成本非常高。
传统的生产方式中，从矿石硫化处理到最后制造成阴极，需要无数复杂的处理过程，会浪费大量的水资源以及生成大量副产品。从源头讲，开采矿石会造成大面积环境破坏问题，从生产讲，中间无数的工序和副产品造成大量的材料、能源浪费。
所以特斯拉通过工程创新，从原始矿石粉末阶段到最终阴极产出，无需硫化处理，仅需不多的几步即可完成。减少了66%资本投入、76%的处理成本，没有任何废水产生。
正是基于从矿石原材料到阳极的生产技术，特斯拉将会建造自己的阴极制造工厂和锂工厂，将减少33%的锂成本，100%电力驱动工厂。
特斯拉能够采用盐水直接从粘土中“提取”锂元素，所以在内华达州敲定的锂粘土矿场，特斯拉将挖取粘土，提取锂元素，然后让土填回矿坑。仅内华达州的粘土锂，即可满足全美国实现汽车全电动化。
更重要的是，与矿石中提炼元素相比，回收锂电池所能提取的元素更加“划算”。通过回收锂电池，可以回收20%的镍、2.7%的锂、2%的钴，而矿石中则仅为1.2%、0.7%、0.2%。弗里蒙特工厂已经建立了回收生产线，未来的元素来源将会是采矿和回收结合。（笔者猜：合作的公司不出意料就是之前“出走”的特斯拉CTO J. B. Straubel所创建的公司）
五、电芯与汽车整合（降低成本7%$/kWh）
特斯拉一直致力于车身制造的技术创新，比如Model后车身所采用的压铸技术，将79个零部件合为一体，直接压铸成型，保证强度质量同时减少40%成本。为此特斯拉材料研发还打造了特殊的铝合金，能够不需要涂层、热处理，一步成型。（马斯克小声叨叨说还有很多材料创新，今天就不多聊了）
特斯拉在电池方面，采用了电池即车身结构件设计。就像是飞机上的机翼油箱设计，从油箱塞入机翼变为机翼形状的油箱。
对于特斯拉来说，则利用锂电池的外壳，直接整合入底盘，成为蜂窝状的结构件，所以不再是电池包塞入车身，而是车身结构形状的电池包。因为减少了电池模组、电池包结构件，空间内的整体电池密度得到了提升，除了减少了大量重量，同时强度比有结构件的电池包还要高。
不止如此，由于电池布局的方式改变以及结构件变化，重心将更加集中于车辆中心，所以操控性也得到了极大提升。
以上五大方面的技术创新，所得到的全部效果加在一起，续航将会增加54%，电池每度电生产成本降低56%，每GWh电池生产资本投入减少69%。
综合这些成果，特斯拉将会让电池成本大幅下降。接下来需要一年至一年半，这些技术就能赋能特斯拉，全面落地规模化，可能需要3年左右。
特斯拉看起来好像发展速度有些慢，但我们目标在于加速可持续能源长期发展，未来特斯拉将会每年交付2000万辆车左右。
One More Thing
特斯拉的发布会，保留节目就是“One More Thing”。马斯克称将会在3年后发布一款25000刀的电动车，全自动驾驶，目前命名还没有，具体参数不清楚。
以及Model S Plaid版本，续航837公里（EPA标准），0-96km/h加速不到2秒，极速322km/s，超过1100匹马力，Laguna Seca赛道成绩为1:30.3。马斯克称还能少3秒，将会快过所有的量产车。
目前Plaid版本Model S已经可以下单，售价为1174900元，2021年末交付。
看完整个“电池大会”发布会后，我想起了前一阵马斯克回复别人关于Neuralink的话：“我们研发很多黑科技不是因为我们想要做，而是我们只能这么做。”
电动车发展，毫不夸张的说，特斯拉绝对算是真正推动者。虽然很多公司从财务角度、时间角度，或者资源限制，难以做类似特斯拉式的技术革新，但笔者觉得根本不同在于掌门人的愿景和格局与马斯克不太一样。
马斯克在发布会中讲到当时考虑发展新能源，是因为如果石油资源用完，那么整个全球经济就会崩溃，而如果采用可持续能源方案，则能够挽救这一切。同样的，笔者联想起马斯克的其他公司，SpaceX致力于解决无数年后人类何去何从、Neuralink则致力于解决AI威胁问题。
或许很多人认为他愿景很大，但好像所谓的“黑科技”并不怎么惊人。但说出来概念和工业上实现完全是两码事，如果从事过工业生产的人能明白，上述每一个技术创新，尤其是生产手段的改变，意味着对生产设备、供应链整合、技术方案等都是巨大挑战。即便特斯拉目前还未实现大规模落地，但一方面Pilot工厂已经能够量产部分电池，更重要的一方面则是特斯拉给自己设定的野心。
换句话说，如果消费者不觉得这些技术有什么厉害，还无所谓，但如果同行竞争者没有意识到几年后特斯拉将要变化成什么样，那可能就没有机会再称之为竞争者了。
Q&A
挑选了一些有内容的Q&A，只写回答。
1.欧洲工厂也会有特斯拉自己的电池生产线。
2.家用HVAC可能会考虑出，并且能够根据家庭空间面积进行堆叠购买安装，同时支持与车互联，调节空调开启时间。
3.cybertruck目前订单约60万左右，每年可能交付25万-30万辆预估。目前针对美国市场进行修改，其他地区因为法规可能之后会推出国际版，小一些符合法规要求。
4.如果我们电池产量足够，可能会提供给其他公司，目前以量产规模化为主。
5.V2G在Roadster就有，用户不怎么使用，使用场景受限。美国这边家庭电网硬件不支持，欧洲将会软件激活，未来可能会在北美市场打开V2G。更推荐Solarcity的能源方案。
6.不会快速降价，虽然特斯拉实现了4个季度盈利，但是不算是盈利能力特别强的公司。短期内还是以公司发展为主，未来随着量产能力提升，会让特斯拉更加廉价。
7.特斯拉的工程师来自全球各地，工程师最想去的科技公司排名前两位的，有时是特斯拉，有时是SpaceX。我们依然欢迎任何背景的人，关心可持续能源发展、喜欢解决难题的工程师，加入我们。目前电动车才占市场1%，能源储存才0.2%，前景还很大。
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