出品｜搜狐汽车·黑客

作者｜王磊

编辑｜周航

整个五月，“硅谷钢铁侠”马斯克人逢喜事精神爽。一边，特斯拉已经连续六个月市值维持在1000亿美元以上，这位对钱可能也不是那么感兴趣的“马老师”即将收获169万股特斯拉股权，净获益7.58亿美元。另一边，与他缠缠绵绵3年之久的现任女友Grimes为他生下了一个大胖小子，马斯克喜迎第六子。

更重要的是，在这个月稍晚些时候，马斯克还将迈出他造车史上最为重要的一步，为特斯拉自研自产的电池举办一场产业瞩目的发布会。

早在去年的“自动驾驶日”，特斯拉就已经为“电池日”埋下了伏笔，马斯克在去年发布会的最后扔出了一个重磅消息，他声称特斯拉会在2020年开始生产可驱动汽车行驶总里程达到160万英里的“超级电池”。

自动驾驶赌的是未来，而动力电池赌的是现在。随着时间来到2020年5月，马斯克终于图穷匕见，上个月中旬，马斯克在推特上高调宣布：即将召开的“投资者日”将仅仅聚焦于电池，关于动力系统的所有细节，将在今年晚些时候的动力系统投资者日（Powertrain Investor Day）公布。

这意味着特斯拉的电池技术将会成为这场发布会唯一的主角。在这场发布会之后，特斯拉自研自产的动力电池可能很快就会投入商用。从此，特斯拉将会摆脱被动力电池卡脖子的日子，成为极少数既能自产电池，又能自产电动汽车的玩家，当然我们也可以认为它是在向另一家东方的隐形巨头——比亚迪（不只是新能源汽车，而是各种意义上的巨头）擂响战鼓。

不过，真正的悬念还是要留到“电池日”当天才能揭晓。在这里，我们通过回顾特斯拉在电池产业5年的暗中耕耘，先大胆“剧（cai）透（ce）”一轮特斯拉即将拉上台面的黑科技，看看“硅谷钢铁侠”这回能给我们带来什么样的惊喜。

[·黑科技①：干电极与预锂化技术·]

特斯拉最有可能拿上台面的，就是干电极与预锂化技术。

2019年5月，特斯拉以2.18亿美元正式完成了对电池技术公司Maxwell的收购，溢价55%，关键是拿下了Maxwell孵化6年之久的干电极技术。

这项技术的原理，是将活跃的负极与正极材料颗粒混入PTFE（聚四氟乙烯）材料中，令其与金属箔集电体一同通过压片机，巨大的压力会是材料原纤维化，形成负极与正极的极片。有关这项技术，我们不妨将PTFE想象成一块经过咀嚼的口香糖，而电极材料则是撒入其中的细微粉末，一旦经过外力压实，粉末与口香糖便再难分隔开，最终形成一体的电极材料薄膜。

区别于干电极生产工艺的，就是湿电极生产工艺。后者相对于前者多了一道关键工序，即是将电极材料混入含有粘合剂材料的溶剂中，随后将混合溶液涂覆在金属箔集电器上进行干燥，这也是湿电极制备法的劣势所在。

因为溶液通常是有毒化学物，在生产的全工序中都需要进行小心处理，后续还需要回收提纯再利用，这一系列过程中增加的成本是相当大的。

除了将有毒溶剂排除出生产工序，干电极生产工艺还有一个非常重要的优势，这一技术能够生产出能量密度更高的极片。原因有二：

1、干电极生产工艺能够生产更厚的极片，而使用溶解度有限溶液的湿电极制备法而言，做不到这一点，这意味着干电极生产工艺制备的电极也能够携带更多的活性材料，使电极拥有更高的能量密度。

2、干电极生产工艺允许电池负极预锂化，在锂电池的正常工作过程中，首次充放电过后，电池内部会形成SEI膜（固体电解质界面），这是由于锂离子被电池中的负极材料、电解质之间的反应所消耗。这一过程是必要的，SEI膜的形成能够保护负极中的碳不与电解质发生反应，但SEI膜的形成会消耗大量的锂离子，从而使电池的初始能量容量出现衰减。当然解决办法也是有的，那就是在电池的制备过程中提前在负极中加入锂金属（预锂化），但在湿电极制备法中，负极材料中含有溶液，会与锂金属发生强烈反应，但干电极生产工艺中不包含溶剂，能够有效解决这一问题。

而在预锂化方面，特斯拉的电池团队也已经有所建树。著名能源期刊Joule今年的4月刊中，刊登了该团队的一篇论文，详细介绍了特斯拉的电池预锂化技术。

论文指出，使用优化过的双盐电解质，允许生产者提前在石墨负极上进行锂金属的电镀，以形成石墨-锂混合负极，通过这种形式，即可减少首次充放电循环中，锂离子在电解液与负极处的消耗。这一技术将为新型电池带来至少20%的能量密度提升，现阶段，使用该生产工艺制造的电池单体能量密度能够达到300Wh/kg，而这一技术路径的能量密度上限很可能接近500Wh/kg。

作为一项既能提升能量密度，又能降低生产成本的技术，精打细算的马斯克显然是希望它能够尽快投入生产。

[·黑科技②：超级电容器·]

当然，无论干电极技术如何强大，2亿美元收购一项无法立刻投入使用的技术，还是不太聪明的样子。但马斯克显然是好好算过账的，收购Maxwell是一笔“一箭双雕”的生意，第二只“雕”就是超级电容器技术。

公开资料显示，2013年开始，Maxwell就与韩国知名电池制造商SKI签署谅解备忘录，双方合作的核心之一，就是开发超级电容器。而到2019年被收购前，Maxwell已经推出了数十款应用于不同场景的超级电容器，是这一领域的头部玩家之一。

超级电容器对于特斯拉而言，是一项与动力电池形成互补的储能方案（也是马斯克的私人喜好）。

这一技术的劣势在于储能性能有限，如果以2.7V3000F的超级电容器举例，按放电至0V计算，超级电容器大致可以释放2.25Ah的电量，甚至不及手机电池的储电量，要驱动一辆汽车自然远远不够。

但超级电容的优势同样也非常明显，首先，这类储能产品的功率密度极高，平均在300W/kg-5000W/kg之间，相当于普通锂电池的10倍。其次，在充放电时，超级电容的库伦效率达到99%，存储与释放的电荷仅有1%的损耗，几乎可以忽略不计。除此之外，一般的超级电容器还具备高电流容量、电压范围宽、工作温度范围广、便于监控与维护等诸多优势。

这些特性决定了超级电容器与特斯拉的高能量密度电池能够形成完美的组合，当车辆正常行驶时，动力电池能够提供主要的电力，而当车辆处于动能回收或是急加速急减速等可能对电池造成负面影响的工况时，超级电容器则能够承担储存与释放电能的功效。

一旦这一产品落地，特斯拉的新车型将会拥有超级电容+动力电池的双重动力组合，兼具高性能与高耐用。

[·黑科技③：新型混合电解质·]

除了收购Maxwell所获得的技术，特斯拉自身也是有电池技术团队的，而且这支团队的质量其实相当优秀。

2015年，马斯克看中了彼时三元锂电池领域研发实力最强的研发团队——加拿大达尔豪西大学的杰夫·戴恩团队，当即宣布向其提供“数额可观的5年经费”，目的是为特斯拉研发“寿命更长、成本更低、能量密度更高”的锂离子电池。

不得不说，马斯克这次的宝压得相当准，杰夫·戴恩曾经通过精确限定镍钴锰材料中镍的含量，帮助三元锂电池复合正极材料成功实现商业化，被誉为三元材料真正的开创者与发明者。

在杰夫·戴恩的引导下，这支团队5年来为特斯拉贡献了数不清的电池专利，其中名声最响的，莫过于去年特斯拉申请的总续航寿命长达160万公里的电池专利。

而这项专利的核心，就在于杰夫·戴恩团队发明的新型混合电解质材料。在该团队发布的《二恶唑酮与亚硫酸亚硝酸盐作为锂离子电池电解液添加剂》论文中，研究者们将新型电解质添加剂MDO、PDO与BS等材料进行了高温高压与长期循环性能的测试。

结果表明，添加2%PDO+1%硫酸乙烯、2%PDO+1%二氟磷酸锂的电解液添加剂组合，在所有实验电解质添加剂的表现中最优，在经过800次放电之后，电池能量密度几乎无衰减，且电解液中添加剂的剩余量也高于90%。

在这一研究的基础上，杰夫·戴恩团队又对不同的电解液添加剂进行了研究，在去年6月，该团队发布了一篇名为《出色的锂离子电池化学性能的广泛测试结果，可作为新电池技术的基准》的论文。论文中指出，当电解液中分别添加2%碳酸亚乙烯酯+1%硫酸乙烯、2%氟代碳酸乙烯酯+1%二氟磷酸锂、1%二氟磷酸锂这三种电解质添加剂组合时，电池的循环寿命得到了有效的延长。

进一步的实验结果表明，添加三种添加剂的三元锂电池分别达到了3000次以上的循环寿命，最长的一组循环寿命甚至达到了5000次以上。

如果以3000次以上的电池循环寿命作为特斯拉自产电池的标准寿命，以特斯拉Model 3的EPA续航里程322英里为单次续航标准，那么特斯拉自研的动力电池总续航寿命将轻松达到100万英里。

[·黑科技④：单晶正极材料技术·]

最后一项笔者并不能保证它会在特斯拉电池日上现身，但其很可能会成为这场发布会的“One More Thing”。

这项技术与特斯拉电池团队新发布的论文《截面观察“单晶”正极材料长期循环前后微观结构观察》有关，在这篇论文中，研究者们指出，单晶正极材料在长期循环过程中有着更加优秀的理化属性。

事实上，这篇论文澄清了长期以来人们对于电池容量衰退的误解。

从表层来看，电池容量电池容量衰退的主要原因是因为层状锂金属氧化物在充放电循环过程中，多晶体颗粒内部产生微裂纹，这位微裂纹来自多晶体颗粒中每个微晶体体积的变化，导致活性材料之间失去电连接，并使电解质深入颗粒内部，从而引发更多的副反应，并增加电池的阻抗。

过去，人们认为高镍正极材料中的镍是导致微裂纹出现的“元凶”，因为高镍正极材料比低镍正极材料更容易产生微裂纹。

但在这项实验中，研究者们提出了一种新的解释：“对于NCM材料而言，警惕塌陷是一种普遍现象，但这一现象的根本原因在于Li的利用率，而非Ni的含量。”研究者们指出，高镍正极材料在相同的截止电压下，Li离子的利用率通常更高，是锂离子的大量析出与嵌入直接导致多晶体结构内部产生膨胀与塌陷。

在进一步的实验中，研究者们发现单晶正极材料的理化属性要优于多晶正极材料。原因在于多晶正极材料中所存在的杂质在正极锂化与脱锂的过程中，会导致材料微粒中各个晶体之间出现异向体积的变化，进而引发微裂纹，并使电池阻抗增加。

多晶正极材料可以理解为一堆聚集在一起的易碎品，因为正极充放电而发生“热胀冷缩”（实际上不是，只是类似的比喻），相互挤压而破碎。

而单晶正极材料虽然在锂化与脱锂时也会发生体积的变化，但这种变化却是同向的，体积的变化不会让“易碎品”们相互挤压，在经过多次充放电循环之后，这些材料还接近完好。

之所以说这项技术可能不会在特斯拉电池日上亮相，是因为这项技术暂时还停留在论文上，虽然有理论的可行性，但仍需要大量实验进行验证。但大洋彼岸近期深陷于新冠肺炎疫情，无法保证这些实验的按时进行。不过，笔者还是很期待能够在特斯拉的电池日发布会上见识这一技术的真面目。

[·写在最后·]

还有10天左右的时间，特斯拉的超级电池就要和我们见面了。正常情况下，目前的动力电池对于一般消费者而言已经足矣，600公里左右的续航，数十万公里的总寿命，满足了大多数人的需求。但作为相关行业的从业者，笔者对于即将到来的超级电池是兴奋的，特斯拉的电池体系很可能颠覆当前产业的原有框架，抬高原有的标准，带来新的改革，对于一个产业而言，这是最好的消息。

但回归理性，我们也不要希望特斯拉真的能够将100万英里续航的动力电池真的装在面向一般消费者的车型上，这个“100万英里”很可能是特斯拉内部不计成本达到的效果，考虑商用情况，很可能会打上一些折扣。

不过，这项电池技术对于特斯拉未来的“自动驾驶出租车队”而言，显然是很有意义的，不同于一般的乘用车，24小时运营的无人出租车队对于电池的需求会大上一个数量级。如果特斯拉的无人出租车真的上路了，那么总寿命100万英里的动力电池商用化，也并非没有可能。