作者 | 孫鳴遠

2月19日，路透社和幾家外媒發(fā)布了一條關(guān)于特斯拉與寧德時代合作的新消息，讓業(yè)內(nèi)人士和特斯拉粉絲們爭論不休。多家媒體據(jù)所謂“內(nèi)部人員消息”得知，特斯拉將采用寧德時代“無鈷”鋰離子電池(下文統(tǒng)一用“鋰電池”代替)，但沒有進一步的任何細節(jié)消息。

之后特斯拉對此并未作任何回應(yīng)，而寧德時代對此的回應(yīng)是：“一切以公告為準。”

依據(jù)“無鈷”鋰離子電池的線索，人們聯(lián)想到了寧德時代量產(chǎn)的LFP鋰電池(LiFePO4，磷酸鐵鋰電池)，又因為LFP鋰電池較低的能量密度，繼而想到了去年9月寧德時代在2019德國法蘭克福車展上展出的CTP(Cell to Pack，電芯直接整合進電池包)技術(shù)，并以此猜測特斯拉將會采用寧德時代的LFP鋰電池以及CTP技術(shù)，甚至是寧德時代超級快充(8%~80%僅用15分鐘)等技術(shù)。

一時間，關(guān)于LFP電池和CTP技術(shù)的各種猜測不絕于耳，但拋去無聊的爭論之外，其實最核心的問題就一個：“特斯拉真的會采用LFP電池么，如果采用LFP電池是否導致特斯拉續(xù)航退步?”

要解釋清楚這個問題，得從電動車續(xù)航開始講起。

續(xù)航之王

特斯拉之所以能在電動汽車領(lǐng)域站穩(wěn)腳步，除了自動駕駛、操縱性等一些優(yōu)點之外，最關(guān)鍵的就是其續(xù)航一直領(lǐng)先于其他對手。早在2012年特斯拉發(fā)布的初代Model S，其續(xù)航甚至比現(xiàn)在幾家豪華車企的電動車還要優(yōu)秀，不僅如此，特斯拉隨后在更新?lián)Q代以及不斷升級后，Model S的續(xù)航更加夸張。

馬斯克近期在推特發(fā)布了一條信息稱：“特斯拉Model S的EPA續(xù)航已經(jīng)升級至390英里(630公里)，近幾個月生產(chǎn)的特斯拉Model S/X續(xù)航都已經(jīng)超過了EPA測試的標稱續(xù)航，同時將會通過OTA升級給現(xiàn)有用戶升級，提高續(xù)航。”

官網(wǎng)Model 3續(xù)航數(shù)據(jù)已經(jīng)從此前的373英里(600公里)改為了390英里(630公里)，Model X續(xù)航數(shù)據(jù)從此前的328英里(528公里)改為了351英里(565公里)。且根據(jù)馬斯克所說，該數(shù)據(jù)依然是保守估計，如果更換輪胎續(xù)航能超過400英里(644公里)。

(注意馬斯克的第二條回復：最近幾個月非常多的硬件改進，劃重點，下文要用)　　此處不多解釋為什么不同測試工況下的續(xù)航不同，只需要記住續(xù)航最接近真實情況的是EPA工況，其次是WLTP工況(目前國內(nèi)采用的國標綜合工況法就是這種)，最后是NEDC工況。根據(jù)大量數(shù)據(jù)的對比，可以大致算出國標工況續(xù)航/EPA續(xù)航約等于1.14，也就是說在中國標稱的續(xù)航數(shù)，除以1.14后基本就是美國市場EPA續(xù)航數(shù)值。拿兩邊市場相同硬件的Model 3長續(xù)航版本舉例，國內(nèi)標注的續(xù)航為590公里，美國標注的續(xù)航為322英里(518公里)，比值為1.138，而早期國內(nèi)采用的NEDC則要除以1.43才約等于EPA續(xù)航。

回到主題，特斯拉能夠稱霸電動車續(xù)航多年，并非只是電池技術(shù)的優(yōu)秀所能達到的，是電機、BMS(Battery Management System，電池管理系統(tǒng))、溫度管理系統(tǒng)、風阻系數(shù)等多方面技術(shù)綜合的結(jié)果。舉個簡單的例子，市面上擁有比特斯拉電池包更大容量的電動車，其續(xù)航卻不如特斯拉的比比皆是。

那么既然續(xù)航如此之好，為何要換電池呢?

三元鋰電池的優(yōu)劣

市面上由于特斯拉的影響以及電動車發(fā)展的必要，對電池的能量密度要求越來越高，原因很簡單，能量密度決定著在有限空間和重量范圍內(nèi)，能夠加裝多大的電池，從而影響續(xù)航能力。而三元鋰電池(鎳鹽、鈷鹽、錳鹽、三種復合正極材料被稱之為三元)由于其優(yōu)秀的能量密度，所以認定為是最合適的方案。

NCA也好，NCM也好，根據(jù)其不同材料的占比，被稱之為811、622等多個名稱。下文皆以行業(yè)普遍采用的811結(jié)構(gòu)為標準。

基于三元鋰電池的工作原理(電池知識參考筆者另一篇文章：200電池進化史)，要實現(xiàn)較好的能量密度，鈷元素不可缺少，鈷能夠為化學結(jié)構(gòu)帶來熱穩(wěn)定性(安全性)和高能量密度，而鎳元素比例的提高也可以提高能量密度。但由于鈷的價格非常昂貴，所以電池產(chǎn)業(yè)逐漸增加鎳的比例，同時配合其他元素去穩(wěn)定化學結(jié)構(gòu)，以保證安全性，比如錳和鋁，這也是為什么行業(yè)中主流方案皆是NCM(鎳鈷錳酸)和NCA(鎳鈷鋁酸)三元鋰電池。

但問題來了，首先是三元鋰電池中，鎳、鈷、錳元素皆為有毒元素，所以發(fā)生意外時，其元素的釋放可能導致安全問題;其次，鎳元素在地殼含量排名24位，錳在地殼含量排名12位，雖然鈷也不算稀有，排在31位，但其資源絕大多數(shù)儲存在剛果，由于政治動亂、童工使用、暴動等各種原因，加上產(chǎn)業(yè)寡頭的控制，鈷的開采不僅存在“血鉆”的影響，價格還在連年攀升，2018年時，每磅鎳為4美元，每磅錳為0.93美元，而鈷則是40美元每磅，且數(shù)字還在上升。

并且不僅鈷的開采和價格有問題，鎳的開采同樣存在危機。雖然全球鎳資源儲量豐富，但由于鎳礦資源以硫化鎳礦和紅土鎳礦為主，而硫化鎳經(jīng)過長期開采面臨枯竭，導致紅土鎳礦需求增高。然而紅土鎳礦的主要產(chǎn)地印尼在2019年10月曾發(fā)布禁令，禁止紅土鎳礦對外出口，從而導致鎳的價格也進而上漲。

由于上述多種原因，其實行業(yè)內(nèi)多家企業(yè)都在尋求答案，即便暫時找不到替代品，也想方設(shè)法減少鈷的使用。例如特斯拉歷代采用的鋰離子電池，其實一直在減少鈷的使用。

根據(jù)2018年馬斯克在推特的消息，特斯拉所采用的電池，其鈷的使用已經(jīng)低至3%，并且稱下一代電池產(chǎn)品將會杜絕鈷的使用。

此外，特斯拉在去年收購超級電容&固態(tài)電池公司Maxwell、爆出100萬英里壽命的電池配方專利，和前一陣收購初創(chuàng)電池公司SilLion、特斯拉在弗里蒙特建造電池生產(chǎn)線，都在顯示特斯拉一直在尋求新電池技術(shù)。

(專利中100萬英里壽命的新電池配方名字)　　那么LFP電池的爭議點在哪呢?

特斯拉目前采用的是松下提供的NCA(鎳鈷鋁酸)三元鋰電池，其單電芯能量密度目前在250Wh/kg左右，而LFP單電芯能量密度最高僅有190Wh/kg，所以根據(jù)“數(shù)值大”獲勝原則，推導出如果特斯拉采用LFP鋰電池則會導致續(xù)航下降。

但實際情況并非如此，僅計算單電芯能量密度是不夠的，電動車所搭載的“能量來源”是電池包，而非單個電芯，電芯需要加入安全系統(tǒng)、溫度管理系統(tǒng)、BMS等諸多硬件之后，整合為電池包，才能被電動車所使用。

雖然特斯拉所采用的NCA鋰電池的確由于配方和技術(shù)優(yōu)勢，達到了較高的能量密度，但是由于要保證溫控及安全性，特斯拉整個電池包的能量密度差不多在170Wh/kg左右。而寧德時代目前已經(jīng)搭載于量產(chǎn)車的LFP鋰電池雖然單體能量密度僅有175Wh/kg左右，但采用了CTP技術(shù)其系統(tǒng)的能量密度已經(jīng)能夠做到160Wh/kg。

(資料來源：CIAPS，GGII，松下財報，特斯拉財報，中金公司研究部)　　此外更重要的是，從Model S到Model 3的電池包變化就能看出，特斯拉也在采用類CTP技術(shù)。需要說明的是，幾乎所有電動車所采用的電池包，無論是圓柱形電池，還是方型電池和軟包電池，全部都是由單個單芯(Cell)組成電池模組(Module)，再整合入電池包(Pack)，這種方式具有維修時可以單獨換某一個模組、便于工廠生產(chǎn)等優(yōu)點，但缺點也很明顯，由于模組的存在，所以會導致更多的結(jié)構(gòu)增加重量和占用體積，由此導致整個系統(tǒng)的能量密度下降。所以特斯拉在后來設(shè)計Model 3時，就簡化了模組的存在，由原來Model S的15個模組(另一個版本16個模組)，簡化為了Model 3僅有的4個模組，由此大大提高了整套系統(tǒng)的能量密度。

(Model S電池包)

(Model 3電池包)　　馬斯克在今年1月參加Third Row Tesla的播客節(jié)目時，曾提到設(shè)計Model S時考慮了維修便捷以及更換電池包等因素，所以將電池包設(shè)計為多模組，而現(xiàn)在Model 3不能便捷更換電池包，加之整個電池和電池系統(tǒng)技術(shù)逐漸成熟，未來將會考慮CTP技術(shù)，將電芯直接裝入電池包進行統(tǒng)一管理，從而進一步提升系統(tǒng)能量密度。

(特斯拉在2013年展示的Model S換電技術(shù)，后來并沒有推向市場，但在展示階段，換一次電池總共花費1分35秒)這種趨勢是全行業(yè)的，比如寧德時代在2019法蘭克福車展展出的CTP技術(shù)，比亞迪在去年年末展出的“刀片”電池技術(shù)，全部都是從電池包角度入手，在電池技術(shù)本身沒有突破性進展時，通過結(jié)構(gòu)設(shè)計入手，在保證安全、性能的同時，通過提高電池包中電芯的占用率，從而提高整套系統(tǒng)的能量密度。

(寧德時代CTP技術(shù))

(比亞迪“刀片電池”CTP技術(shù))　　根據(jù)寧德時代的說法，采用CTP技術(shù)后，其電池包的零部件數(shù)將減40%，系統(tǒng)能量密度未來將會提升到200Wh/kg左右，按照特斯拉目前Model 3的75kW·h(實際容量在80kW·h左右)電池包，同樣重量(477.3kg)，如果搭載寧德時代CTP電池包后，其總能量將提升至95kW·h左右(實際容量)。

此外LFP鋰電池中，不僅幾種元素都非常豐富，且相比于三元鋰電池，毒性低很多。最重要的是LFP鋰電池價格相對較低，因為近幾年三元鋰電池的需求暴增，和沃特瑪?shù)谋├祝瑢е聨齑媪考ぴ觯瑥亩�使得LFP鋰電池的價格陡降。

根據(jù)GGII數(shù)據(jù)，三元與鐵鋰PACK的不含稅價格為0.83、0.75元/Wh，而到2020年，根據(jù)CIAPS數(shù)據(jù)，三元與鐵鋰PACK的不含稅價格已下降至0.77、0.64元/Wh，而三元與鐵鋰電芯的價格已下降至0.64、0.51元/Wh。鐵鋰當前單位價格低于三元15%以上。根據(jù)中金公司研究部對寧德時代成本的測算，材料價格導致的正極成本下降與更簡單的熱管理、BMS導致的電池包環(huán)節(jié)成本的下降使得寧德時代當前三元成本較鐵鋰低20%以上。

不僅如此，LFP鋰電池還有一個重大優(yōu)勢，那就是LFP鋰電池安全性和壽命要高于三元鋰電池。

三元鋰電池中，之所以特斯拉采用NCA鋰電池，是因為雖然相較于NCM鋰電池來說，安全性稍差一些，但其優(yōu)點也很明顯，能量密度高、壽命長、充放電性能好(動力、快充等方面);而LFP雖然能量密度不如三元鋰電池，但壽命較長，一般的三元鋰電池充放電壽命在1500~2000次之間，而LFP鋰電池則能做到4000次左右的循環(huán)壽命;另外電池安全中最關(guān)鍵的熱失控問題，在三元鋰電池中一般為200~300度，而LFP鋰電池則為350~500度。

毫無缺點的LFP鋰電池?

如果對鋰電池稍作了解，或者看過筆者那篇2019年諾貝爾化學獎文章(200年電池進化史)的，就會發(fā)現(xiàn)對鋰電池做出巨大貢獻的約翰·B·古迪納夫(John B.Goodenough)，不僅極大推動了鋰化合物在鋰電池中的發(fā)展，他還在鋰電池方面做出了更多的貢獻。

1997年，一方面由于鈷酸鋰結(jié)構(gòu)在長時間使用后會發(fā)生“崩塌”，造成性能下降，另一方面鈷礦石非常昂貴，導致其成本太高。75歲的古迪納夫又發(fā)明出了LFP鋰電池，震驚了世界，而當古迪納夫90歲之時，他又做出了另一個決定，研究全固態(tài)電池技術(shù)……

或許從上文分析中你會覺得LFP電池好像除了單體電芯能量密度稍低之外，似乎一切都很完美，那么從1997年就研發(fā)成功的LFP電池，為何遲遲沒能被電動車采用呢?

LFP電池并非沒有被采用，而是因為其安全性和壽命長，被廣泛用于公共交通序列的電動車，但也因為其能量密度差的原因，遲遲不被家用車所青睞，只能用于固定線路的大巴等車輛。

上文說系統(tǒng)能量密度似乎已經(jīng)不弱了，但是未考慮振實密度問題，也就是單位體積下的能量數(shù)，特斯拉Model 3所采用21700三元鋰電池(NCA)其單體單芯振實密度能達到773Wh/L，即便是一般的三元鋰電池單體單芯也能做到500Wh/L左右，而LFP鋰電池單體單芯則平均在210Wh/L左右。

(一般情況下，LFP、NMC、NCA鋰電池能量密度、振實密度和標稱電壓)　　從而導致的問題是，在有限的電動車空間中，如果采用LFP鋰電池，要么犧牲空間，要么犧牲總能量，由此也不難發(fā)現(xiàn)，市面上采用LFP鋰電池的車輛幾乎無一例外車內(nèi)空間十分局促。此外，LFP鋰電池還存在幾個問題。首先是在制備過程中，氧化鐵在高溫環(huán)境下肯能被還成稱單質(zhì)鐵，從而可能導致電池的微短路，導致危險產(chǎn)生;其次是制造成本相對較高，雖然其材料成本并不高，但由于生產(chǎn)工藝問題，LFP鋰電池成品率較低，導致產(chǎn)品一致性差。

此外最重要的，根據(jù)筆者近期體驗的Model 3長續(xù)航版本以及數(shù)據(jù)來看，特斯拉所采用NCA鋰電池受溫度影響不嚴重，0度左右“損耗”大約在10%左右，-10度左右在15%左右;而LFP鋰電池則在低溫下表現(xiàn)非常差，0度左右“損耗”就高達30%~40%左右。

那么特斯拉會采用LFP鋰電池么?

其實從透漏消息的來源來看，由于沒有任何細節(jié)信息，結(jié)合前一陣寧德時代發(fā)布的合作公告，特斯拉并未明確說明與寧德時代的合作方式。

(寧德時代此前發(fā)布的雙方合作公告)　　寧德時代在中國的確是鋰電池行業(yè)的巨頭，其LFP鋰電池市場占有率和三元鋰電池市場占有率皆超過的一半，但并不代表特斯拉將大量轉(zhuǎn)型將LFP鋰電池應(yīng)用于國產(chǎn)版Model 3或者Model Y身上，這一切不過是有些人的臆想罷了。

不過根據(jù)馬斯克在播客的所談CTP技術(shù)應(yīng)用，以及前一陣宣布將在中國建立設(shè)計和研發(fā)中心等消息來看，很有可能特斯拉只是與寧德時代進行技術(shù)合作，展開前瞻性的準備性研發(fā) ，從而為風云突變的電池市場做準備。

1月19日，特斯拉宣布計劃在中國建立設(shè)計工作室和研發(fā)中心，且公布了新的設(shè)計圖紙。特斯拉還發(fā)布了招聘啟事，將招募設(shè)計師和其他工作人員。同時，特斯拉還廣泛征集富含中國元素的特斯拉設(shè)計圖紙，征集截止日期為2020年2月1日。

特斯拉與松下之間的關(guān)系可謂是錯綜復雜，一方面馬斯克強壓松下電池降低生產(chǎn)成本，另一方面內(nèi)華達超級工廠由雙方出資;表面看上去松下電池因為特斯拉的快速發(fā)展，會過得非常好，實際上松下電池直到2019年Q4季度也才實現(xiàn)盈利。反過來，特斯拉也受制于松下的供貨量，從而導致能源產(chǎn)品和產(chǎn)量受限。

所以松下和特斯拉都需要新的盟友來保證自身的利益，松下前一陣與豐田簽訂合同成立電池工作，而特斯拉則在中國建廠后分別向LG和寧德時代投出了橄欖枝。這其實都無可厚非，畢竟作為企業(yè)，生存下去才是王道。

其實對于特斯拉來說，電池是誰家的并不重要，關(guān)鍵是產(chǎn)品要足夠好，成本足夠低，剩下的難題對于馬斯克來說，“不可能”向來都不是問題。

馬斯克曾在無數(shù)次采訪中被問及如何成功的秘訣，他無一例外都會提到一個看似簡單卻很難做到的原則——第一性原則。兩千多年前，亞里士多德對該原則的解釋是：“在每一個系統(tǒng)的探索中，存在第一原則，是一個最基本的命題或假設(shè)，不能被省略或刪除，也不能被違反。”

簡單理解就是把事情或問題拆分開為最基本的組成，從源頭解決問題。平時人們總會以“模仿”的思維模式“學習”別人，雖然有利于站在巨人的肩膀上獲得便利和節(jié)省時間，但如果你身邊站著的都是“錯誤”的巨人呢?第一性原則所指的就是跳出慣性思維，打破可參考的經(jīng)驗，回歸事物本身，想方設(shè)法達到目的。

舉個簡單的例子，你要吃一個美食，發(fā)現(xiàn)店鋪賣的太貴了，你最終放棄了，因為按照慣性思維，價格超出了自己能接受的范圍，所以不了了之。而使用第一性原則的思維則是，既然你要吃一個美食，關(guān)鍵是如何得到這個美食，既然買不到，那么查一下這道美食的材料價格是多少，發(fā)現(xiàn)能夠接受，所以為了吃到這個美食，你完全可以通過自己購買材料，然后借助菜譜動手制作，最終享用到這個美食。整個事情的關(guān)鍵在于你對目標有多堅定，以及跳出“多數(shù)人”的慣性思維，回歸解決問題的本質(zhì)，然后想盡一切辦法嘗試去實現(xiàn)。

特斯拉曾在2007年公開過初代產(chǎn)品Roadster電池系統(tǒng)的技術(shù)細節(jié)，解釋了為何當初選用松下18650圓柱形鋰離子電池。其中最為關(guān)鍵的三點分別是：安全、性能、成本，作為一家致力于將電動車推向全世界的車企，安全是底線，性能是招牌，而成本則是命脈。松下的18650鋰電池是特斯拉工程師在嘗試了500多家供應(yīng)商之后，能夠保證成本基礎(chǔ)上，做到安全和性能兼并的唯一選擇。

馬斯克此時所要達到的目的是“讓更多的人了解和購買特斯拉電動車”，那么就必須要“保證公司活下去”，而活下去的基礎(chǔ)是“產(chǎn)品足夠好且能盈利”，那么無論后面通過什么方式去實現(xiàn)，都必須建立在這一級基礎(chǔ)上，所以要實現(xiàn)盈利勢必意味著成本控制，否則既不能滿足“性價比高”也不能滿足“盈利”。

所以選用NCA鋰電池是當時市場最優(yōu)選擇，而為了應(yīng)對其可能存在的安全問題，特斯拉在安全性上大費周章。基于松下18650鋰電池已經(jīng)是確定方向后，要解決的就是龐大的BMS電池系統(tǒng)管理問題，以及被動安全和主動安全問題。

根據(jù)Munro Association公司拆解特斯拉Model 3的研究報告，特斯拉的BMS系統(tǒng)無論是硬件高集成度和效率，還是電路板的軟硬件控制系統(tǒng)，都屬于業(yè)界佼佼者;而熱管理系統(tǒng)更是令人震撼，通過膠質(zhì)材料填充進不同圓形鋰電池之間，加上波浪形的液冷管道，特斯拉熱管理系統(tǒng)在相對嚴苛環(huán)境下，將電池單體之間溫差控制在8度之內(nèi)，并保證不同模塊之間溫差在9度之內(nèi)。

(綠色為膠質(zhì)，提供固定和散熱，以及熱保護)

(特斯拉電池包熱管理示意圖)　　同樣的，仍然基于上述原則，由于電池的能量密度對比汽油來說要差很多，50kWh的電池也僅僅抵得上22.7升汽油，所以任何不必要的能源浪費對電動車來說都是“災(zāi)難”。

(整套熱管理專利)　　所以為了解決空調(diào)的耗電以及熱能源浪費，特斯拉團隊還為此研發(fā)了一套集合電機、電路板、空調(diào)、電池熱管理于一體的系統(tǒng)，并僅用一個水壺大小的水箱，就能高效完成所有系統(tǒng)之間的溫度管理。

(或許是特斯拉團隊的工程師非常自豪這個Super bottle，在量產(chǎn)零配件版本中，在水箱體外面都印有一個特斯拉超人形象)　　繞了一大圈，其想表達的核心意思是，對于特斯拉來說，采用哪種產(chǎn)品或者技術(shù)，本質(zhì)上只用看它是否符合特斯拉的“目標”。如果符合，那么即便有困難，也會有一群工程師想辦法攻克，只要是有益于特斯拉對產(chǎn)品的愿景以及成本的控制。

但顯然，LFP鋰電池除了壽命之外，并未填補多少特斯拉的痛點。因為LFP另一個優(yōu)點安全性，特斯拉通過軟硬件配合已經(jīng)做到相當優(yōu)秀了，目前特斯拉電池包防護結(jié)構(gòu)能支撐外部溫度800度左右的高溫考驗，而特斯拉之前失火事件只存在于2016年前Model S車型中第一代未升級的電池包，隨后升級過的Model 3在全球累計幾十萬銷量情況下，僅有幾例醉駕后發(fā)生嚴重事故，導致電池包嚴重受損失火的，關(guān)鍵的是這幾例事故中乘客都安全離開了車輛。

僅剩的最大優(yōu)勢就是成本降低，然而由于產(chǎn)能和技術(shù)革新，三元鋰電池的價格整體也都在不斷降低。

所以依照上述所有的分析，以及馬斯克一貫的做事風格，此次特斯拉與寧德時代的“無鈷電池合作”消息，筆者猜測只會有二種可能性：一是根據(jù)馬斯克前一陣在推特發(fā)布“將在中國快速推進太陽能屋頂以及能源系統(tǒng)”的消息，其LFP鋰電池可能應(yīng)用于特斯拉能源系統(tǒng)，而非Model 3國產(chǎn)版;二是根據(jù)LFP目前在量產(chǎn)車應(yīng)用情況，和特斯拉在電池領(lǐng)域的一系列動作來看，特斯拉很可能與寧德時代在“無鈷”電池領(lǐng)域展開深度技術(shù)合作，為將來的電池供應(yīng)商做提前準備，而非現(xiàn)階段大批量使用。

因為，僅僅依靠結(jié)構(gòu)的變化獲得的系統(tǒng)能量密度提升，還遠不足以顛覆電池行業(yè)或電動車領(lǐng)域。而特斯拉將在4月“電池及動力總成大會”或許才會真正公布顛覆行業(yè)的內(nèi)容。