撰文/N.E.S 张凯

马斯克：续航每年增长5%特斯拉定律如何成真?

撰文/N.E.S 张凯

Elon Musk曾经说过，特斯拉的续航能力要以每年5%的速度增加。

若想实现这一目标，理论上需要从三个方面去入手：一是降低整车质量，二是降低风阻系数，三是增大电池容量。从当前特斯拉旗下最新产品的参数来看，Model S系列和Model X系列的高配车型均已搭载容量为100kWh的电池组，由此来看，他们为实现这一目标只采用了方法三。那么，无限增大电池容量真的可取吗？

怎样做到无限增大电容？

查看特斯拉的产品目录，MODEL S/X 100D车型已经在销售列表当中，而再看这两款车的配置表不难发现，其续驶里程理论值已经达到了613km，相应的电池容量也已经达到100kWh。众所周知，特斯拉的电池全部放在车身底盘上方的电池舱，而查看车身数据，无论是这款车的底盘还是车身尺寸，并没有发生变化。难道它的底盘真是一个“无底洞”，永远可以放下每年都逐渐递增的电池容量？

目前，以特斯拉MODEL S的在售车型为例，其型号分别有MODEL S60/S60D、MODEL S75/S75D、MODEL S90/S90D、MODEL S P100D共七款车型，其电池容量分别对应为60kWh、75kWh、90kWh和100kWh。而容量为75kWh、90kWh的电池组，正是从早先70kWh和85kWh升级而来。想了解这个“无底洞”，我们不妨从讨论如何各增加5kWh的电量说起。

根据官方解释，电池组电量增加过程中，其电池组的结构是没有改变的，内部电池包的数量也未发生改变。60kWh内部有14个电池包，每个电池包内含384个电芯；85kWh由16个电池包组成，每个电池包内含444个电芯。而早先的70kWh，实际上是一个75kWh电池组，经过软件限制而来的。多余的5kWh，早先在美国是被当做一个价值3000美元的选装包提供给车主，只要通过OTA软件更新解锁，MODEL S70就可以变为MODEL S75。

另外，分析75kWh和85kWh容量的电池，在85kWh电池中，每个电池包的容量是5.3kWh，14个这样的电池包就是74.2kWh，由此来看，75kWh正是由85kWh的电池组缩减两个电池包而来。那么，从85kWh到90kWh增加了5kWh的容量，也是通过增加电池包而来的吗？

据悉，85kWh的电池组结构已经无法再叠加电池包，而根据其采用的18650型号的电芯来看，能够实现增加5kWh的最简单方法莫过于增加锂电池的能量密度，即调整电池内部化学材料。在这道工序中，特斯拉将电芯的石墨阳极中，添加了少量的硅，从而提升了电芯的能量密度。

电芯容量提升是关键

提高电池的能量密度，有两种方法。一是通过电池设计来提高，比如减薄正负极的集电体及隔膜、减少黏结剂及导电辅助材料等，但这种做法存在极限。另一种方法是增大电极活性物质（正负极）的单位重量或者单位体积的容量。特斯拉通过在石墨阳极中添加少量硅的方法，来提高锂电池的能量密度。在石墨阳极中加入硅后，由于硅原子的结构相比石墨能容纳更多的锂离子，导致阳极对锂离子的吸纳能力增强。然而，硅在充分吸纳锂离子后，其体积会膨胀300%，比石墨吸纳锂离子后的膨胀率7%要大很多。这种反复的体积变化，会造成固态电极变得“松软”，容易崩离。由此，电池的循环寿命就会降低。

基于上述原因考虑，虽然能量密度可以显著提升，但也伴随着副作用，最终会导致电池寿命缩短。所以，电池专家们在石墨阳极中添加少量的硅时，要在能量密度和循环寿命中寻找平衡点。

众所周知，特斯拉接下来即将投产MODEL 3车型。据悉，新车将使用21700电池将取代18650成为新的电芯，而这款电池也正是特斯拉正在研发和改进中的产品。

特斯拉此前一直使用松下生产的电池，无论是早先的特斯拉Roadster车型，还是MODEL S/X 85车型，都在使用额定电压3.6V、容量3.1Ah的NCR18650A型电池，而90kWh的电池型号是由特斯拉与松下共同研发的定制电芯。目前，松下生产的18650电池中，NCR18650G型电池容量达到了3.6Ah。如果按照这个计算的话，85kWh电池组中的7102颗电芯，替换为G型电池，正好是90kWh。

基于此，我们推断在90kWh电池组中，使用NCR18650G型电芯；而在85kWh的电池组中，使用NCR18650B型电芯。总之，在电芯总量不变的前提下，只有把单个电芯的容量提升至3.6Ah，才能确保90kWh的电池总容量。

而要装下P100D 车型中，容量为100kWh的电池，按照现状有两个方案：第一个是再叠加2个电池包，按照每个电池包5.3kWh的容量计算，正好可以得到100kWh；第二个方案就是替换能量密度更高的电芯。根据特斯拉电池舱的装载量分析，只有第二种情况符合实际，因为90kWh是基于85kWh的电池组结构而来的，这个结构目前已经达到最大可行范围，而且电池组中已经没有空间再叠加更多的电池包。

如果增加电池包，电池组总质量和电池冷却系统都要受影响。所以，想在当前情况下提升电池容量的5%，最可行的办法就是提升电芯容量。