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一次技术革命只有特斯拉才敢这样

[特斯拉] 一次技术革命只有特斯拉才敢这样

2023-12-07 | 来源: 财经杂志 | 转到微信 | 有0人参与评论 | 字体: 放大缩小 | 收藏 | 打印

电池公司在过去 30 年一直使用湿法工艺。它们将电池材料与有毒的粘合剂、液态溶剂混合，然后涂在薄薄的箔片上。加工完的极片要在长达 100 米、温度达 90 度的烘箱中烘烤 12 个小时，在这个过程中充分蒸发有毒的溶剂和水分——整个工序极大增加制造成本。

特斯拉认为湿法工艺很低效：既然极片要做成 “干” 的，为什么要先把极片弄湿、再烘干？这就是马斯克觉得电池制造的白痴部分。湿法涂布的设备、人工、厂房成本占整个电池制造的 22.76%。

2019 年 2 月，特斯拉花 2.19 亿美元买下超级电容（用于摄像机闪光灯等领域的电能储存设备）公司 Maxwell，将超级电容器的干法电极工艺改用到锂电池中，直接把极片做成干的。

干法电极不使用液态粘合剂，因此不需要烘烤，理论上制造起来更便宜、更快，对环境的破坏也更小。马斯克说，仅靠这个工艺，特斯拉就能将单位产能的设备支出减少三分之一，将电极生产车间的占地面积和能源损耗减少 90%。

目前一条方形电池产线的设备支出约为 1.7 亿元人民币，而 4680 电池产线的设备支出仅需 5000 万-6000 万元。

特斯拉还希望加速电池流水线，来提升生产效率。马斯克羡慕啤酒等饮料制造业和造纸业的连贯与超高效率：造啤酒时，生产线没有任何断点，啤酒瓶封上盖后才会离开生产线，但电池的部分部件造完后，通常都要暂时离开生产线，靠小车运到下一个车间，再回到流水线上。现在最快的电池生产线运转速度为 6 公里 / 小时，而最快的啤酒生产线可达 30 公里 / 小时。

特斯拉为此大幅合并了电池制造工序，开发集合多个工艺的设备。如 2021 年，特斯拉在柏林工厂启用了切割、卷绕和焊接的三合一一体机，这些任务本来需要 3 台不同的设备才能完成。

按马斯克在 2020 年的说法，整个 4680 电池方案能减少约 20% 的电池的制造成本，35% 的设备投资成本和 70% 的工厂占地面积。

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当时的特斯拉将 4680 电池视为大规模扩张的基础：用投资更少的电池工厂生产储能和汽车电池，再用更便宜的电池制造售价 2.5 万美元的廉价车型，刺激销量、赚取更多利润，再投入到研发和新一轮产能扩张，形成增长飞轮，助力特斯拉在 2030 年实现一年卖 2000 万辆车的宏大目标。

完美的设计，艰难的制造

做大电池，去掉弄湿电机再烘干的 “白痴部分”。这些显而易见的改进在过去数十年的电池工业中从未被实践，因为困难重重。

第一个难题是流程改造。

汽车制造流程相对短，且对精度和环境的控制要求较低，汽车制造的主要任务是成品组装，改进一个组装工序很少影响前后工序。电池制造则是将材料变成成品，流程相关性更强，前一个工序的成品就是后一个工序的原料。改进一个工序，意味着也要修改前后工序。

特斯拉为了使用干法电极技术，去掉烘干等步骤，就需要把烘干前的所有环节都变成 “干” 的。这占整个电池制造流程的 50% ，且对环境、精度的控制远高于其余工序。

湿法电极的核心是涂布。它的任务像抹奶油，把带有粘结剂的糊状电池正负极材料均匀涂抹在金属箔片上，涂抹厚度一般只有 30 微米。宁德时代等电池公司致力于提升涂布速度，现已能做到每分钟涂 100 米。涂布速度越快、质量控制越难。细微提升背后，靠的是数十亿次尝试中总结的经验。