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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

干法电极同样要在金属箔片上附着正负极材料，但正负极材料为干粉状，附着力弱，它不像抹奶油，而更像撒沙子，且同样追求均匀度和速度。

为把沙子撒地均匀、粘得牢固，特斯拉研发了新的粘结剂。

2020 年，特斯拉申请了干法电极粘结剂专利，它改进了锂电池原本采用的 PVDF 粘结剂。从微观层面看，这种新粘结剂被滚压后会纤维化，就像一张网。这让原本在平面上撒沙子变成 “就像在棉花糖上撒沙子”，一位干法电极工艺专家说。

但当时的特斯拉并不清楚要在正负极材料里混合多少粘结剂：粘结剂比例高了，电池中带能量的物质就会变少，能量密度会变低，且粘结剂会阻碍锂离子在电池中的流动，这会缩短电池循环寿命；但粘结剂比例太低，材料的附着力又不够。

衡量粘结剂效果的一个直观标准是电池首效（第一次充放电时电池的电量占设计容量的比例）。一位拆解过 4680 电池的工程师称，特斯拉在今年年中的样品能将首效做到 88%，而其他参与该项目的电池公司只能做到 85%，但还未达到量产电池的水准。目前主流的动力电池首效超过 92%。

“以这个首效推算，特斯拉 4680 电池的循环次数可超过 1000 次，但目前主流的电池的循环次数超过 2500 次。” 他说。

材料研发还只解决了约 20% 的量产难题，接下来还有设备研发。

干法电极设备需要用合适的力度将材料中的粘结剂滚压成合适的纤维化状态。在实验室环境中，这件事很简单。但大规模生产要求设备能连续、精准地处理整个任务。

辊压要多次进行，如果只压一次，就没有足够的操作空间来调整设备参数。特斯拉公开的专利中，采用了三个滚轮，分两次执行辊压动作。但一位接近设备供应商的人士称，特斯拉后来将辊压设备的滚轮数量增加到了 7 个。

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目前行业使用的干法电极设备。

越来越多的滚轮确实提升了精度上限，但又增加了调试难度，每调整一次前面的滚轮，后续所有滚轮的参数都会变化。

在制造领域时常灵光乍现，敢于尝试的特斯拉，也不得不陷入这样的低效怪圈。调试设备和工艺没有捷径，它需要一次次尝试。且往往牵一发动全身，改一处得调整多个环节。去掉弄湿正负极材料再烘干的 “多余环节”，比马斯克最初想象得难得多。

特斯拉的做法是自己设计设备，再找锂电设备公司做代工生产，帮助克服一些设备问题。

一位曾接触过特斯拉的设备供应商人士称，特斯拉会给到设备核心图纸，并限制供应商修改设计。“最终的结果是，设备工程师不懂工艺，特斯拉的人不懂设备，设备供应商花了很长时间才造出能用的设备，但依然不符合特斯拉的要求。” 他说。

2021 年，特斯拉找了多家电池设备供应商制造设备，其中部分设备方案现已被舍弃。据了解，一家龙头锂电设备供应商曾向特斯拉提供了整条 4680 产线设备，并派出一个近 50 人的工程团队去得州协助特斯拉优化产线，该团队已在 2022 年底撤走。

生产设备的另一个难点是焊接机。

原本的电池极耳只有一小片，而 4680 电池采用全极耳设计，需要焊接的极耳面积成倍增加。焊接面积越大，就越容易出错。焊接机输出的能量过大会焊穿极耳，能量不够焊接就不牢固，两种情况都会让电池报废。

“特斯拉到今年也没有明确定义焊接效果要做到什么样。特斯拉从源头去革新，但到落地的细枝末节上他们也把不准，于是就花钱找人帮他圆梦。” 一位设备供应商人士称，特斯拉并未给出更好的极耳焊接控制方案。此外，特斯拉还在激光密封等环节遇到了良率挑战。