作者 | 孫鳴遠

題圖 | ThirdRowTesla

出品 | 虎嗅汽車組

2月19日，路透社和幾家外媒發布了一條關于特斯拉與寧德時代合作的新消息，讓業內人士和特斯拉粉絲們爭論不休。多家媒體據所謂“內部人員消息”得知，特斯拉將采用寧德時代“無鈷”鋰離子電池（下文統一用“鋰電池”代替），但沒有進一步的任何細節消息。

之后特斯拉對此并未作任何回應，而寧德時代對此的回應是：“一切以公告為準。”

依據“無鈷”鋰離子電池的線索，人們聯想到了寧德時代量產的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，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，甚至是寧德時代超級快充（8%~80%僅用15分鐘）等技術。

一時間，關于LFP電池和CTP技術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航退步？”

要解釋清楚這個問題，得從電動車續航開始講起。

續航之王

特斯拉之所以能在電動汽車領域站穩腳步，除了自動駕駛、操縱性等一些優點之外，最關鍵的就是其續航一直領先于其他對手。早在2012年特斯拉發布的初代Model S，其續航甚至比現在幾家豪華車企的電動車還要優秀，不僅如此，特斯拉隨后在更新換代以及不斷升級后，Model S的續航更加夸張。

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

官網Model 3續航數據已經從此前的373英里（600公里）改為了390英里（630公里），Model X續航數據從此前的328英里（528公里）改為了351英里（565公里）。且根據馬斯克所說，該數據依然是保守估計，如果更換輪胎續航能超過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航不同，只需要記住續航最接近真實情況的是EPA工況，其次是WLTP工況（目前國內采用的國標綜合工況法就是這種），最后是NEDC工況。根據大量數據的對比，可以大致算出國標工況續航/EPA續航約等于1.14，也就是說在中國標稱的續航數，除以1.14后基本就是美國市場EPA續航數值。拿兩邊市場相同硬件的Model 3長續航版本舉例，國內標注的續航為590公里，美國標注的續航為322英里（518公里），比值為1.138，而早期國內采用的NEDC則要除以1.43才約等于EPA續航。

回到主題，特斯拉能夠稱霸電動車續航多年，并非只是電池技術的優秀所能達到的，是電機、BMS（Battery Management System，電池管理系統）、溫度管理系統、風阻系數等多方面技術綜合的結果。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，其續航卻不如特斯拉的比比皆是。

那么既然續航如此之好，為何要換電池呢？

三元鋰電池的優劣

市面上由于特斯拉的影響以及電動車發展的必要，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，能夠加裝多大的電池，從而影響續航能力。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。下文皆以行業普遍采用的811結構為標準。

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），要實現較好的能量密度，鈷元素不可缺少，鈷能夠為化學結構帶來熱穩定性（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，所以電池產業逐漸增加鎳的比例，同時配合其他元素去穩定化學結構，以保證安全性，比如錳和鋁，這也是為什么行業中主流方案皆是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，加上產業寡頭的控制，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地印尼在2019年10月曾發布禁令，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，其實行業內多家企業都在尋求答案，即便暫時找不到替代品，也想方設法減少鈷的使用。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，其鈷的使用已經低至3%，并且稱下一代電池產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，和前一陣收購初創電池公司SilLion、特斯拉在弗里蒙特建造電池生產線，都在顯示特斯拉一直在尋求新電池技術。

(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“數值大”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、溫度管理系統、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優勢，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搭載于量產車的LFP鋰電池雖然單體能量密度僅有175Wh/kg左右，但采用了CTP技術其系統的能量密度已經能夠做到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。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、便于工廠生產等優點，但缺點也很明顯，由于模組的存在，所以會導致更多的結構增加重量和占用體積，由此導致整個系統的能量密度下降。所以特斯拉在后來設計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的播客節目時，曾提到設計Model S時考慮了維修便捷以及更換電池包等因素，所以將電池包設計為多模組，而現在Model 3不能便捷更換電池包，加之整個電池和電池系統技術逐漸成熟，未來將會考慮CTP技術，將電芯直接裝入電池包進行統一管理，從而進一步提升系統能量密度。

（特斯拉在2013年展示的Model S換電技術，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）

這種趨勢是全行業的，比如寧德時代在2019法蘭克福車展展出的CTP技術，比亞迪在去年年末展出的“刀片”電池技術，全部都是從電池包角度入手，在電池技術本身沒有突破性進展時，通過結構設計入手，在保證安全、性能的同時，通過提高電池包中電芯的占用率，從而提高整套系統的能量密度。

（寧德時代CTP技術）

（比亞迪“刀片電池”CTP技術）

根據寧德時代的說法，采用CTP技術后，其電池包的零部件數將減40%，系統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，和沃特瑪的暴雷，導致庫存量激增，從而使得LFP鋰電池的價格陡降。

根據GGII數據，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CIAPS數據，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導致的電池包環節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次左右的循環壽命；另外電池安全中最關鍵的熱失控問題，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，就會發現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構在長時間使用后會發生“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，研究全固態電池技術……

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。

上文說系統能量密度似乎已經不弱了，但是未考慮振實密度問題，也就是單位體積下的能量數，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，由此也不難發現，市面上采用LFP鋰電池的車輛幾乎無一例外車內空間十分局促。此外，LFP鋰電池還存在幾個問題。首先是在制備過程中，氧化鐵在高溫環境下肯能被還原成單質鐵，從而可能導致電池的微短路，導致危險產生；其次是制造成本相對較高，雖然其材料成本并不高，但由于生產工藝問題，LFP鋰電池成品率較低，導致產品一致性差。

此外最重要的，根據筆者近期體驗的Model 3長續航版本以及數據來看，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，由于沒有任何細節信息，結合前一陣寧德時代發布的合作公告，特斯拉并未明確說明與寧德時代的合作方式。

（寧德時代此前發布的雙方合作公告）

寧德時代在中國的確是鋰電池行業的巨頭，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型將LFP鋰電池應用于國產版Model 3或者Model Y身上，這一切不過是有些人的臆想罷了。

不過根據馬斯克在播客的所談CTP技術應用，以及前一陣宣布將在中國建立設計和研發中心等消息來看，很有可能特斯拉只是與寧德時代進行技術合作，展開前瞻性的準備性研發 ，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計工作室和研發中心，且公布了新的設計圖紙。特斯拉還發布了招聘啟事，將招募設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系可謂是錯綜復雜，一方面馬斯克強壓松下電池降低生產成本，另一方面內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，從而導致能源產品和產量受限。

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，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，關鍵是產品足夠好，成本足夠低，剩下難題的對于馬斯克來說，“不可能”向來都不是問題。

馬斯克曾在無數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：“在每一個系統的探索中，存在第一原則，是一個最基本的命題或假設，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，打破可參考的經驗，回歸事物本身，想方設法達到目的。

舉個簡單的例子，你要吃一個美食，發現店鋪賣的太貴了，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，發現能夠接受，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。整個事情的關鍵在于你對目標有多堅定，以及跳出“多數人”的慣性思維，回歸解決問題的本質，然后想盡一切辦法嘗試去實現。

特斯拉曾在2007年公開過初代產品Roadster電池系統的技術細節，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多家供應商之后，能夠保證成本基礎上，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”，而活下去的基礎是“產品足夠好且能盈利”，那么無論后面通過什么方式去實現，都必須建立在這一級基礎上，所以要實現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選擇，而為了應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鋰電池已經是確定方向后，要解決的就是龐大的BMS電池系統管理問題，以及被動安全和主動安全問題。

根據Munro Association公司拆解特斯拉Model 3的研究報告，特斯拉的BMS系統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，都屬于業界佼佼者；而熱管理系統更是令人震撼，通過膠質材料填充進不同圓形鋰電池之間，加上波浪形的液冷管道，特斯拉熱管理系統在相對嚴苛環境下，將電池單體之間溫差控制在8度之內，并保證不同模塊之間溫差在9度之內。

（綠色為膠質，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“災難”。

（整套熱管理專利）

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

（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，采用哪種產品或者技術，本質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鋰電池的另一個優勢安全性，特斯拉通過軟硬件配合已經將NCA鋰電池電池包做到相當優秀了。目前特斯拉電池包防護結構能支撐外部溫度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，僅有幾例醉駕后發生嚴重事故，導致電池包嚴重受損失火的，關鍵的是這幾例事故中乘客都安全離開了車輛。

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

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：一是根據馬斯克前一陣在推特發布“將在中國快速推進太陽能屋頂以及能源系統”的消息，其LFP鋰電池可能應用于特斯拉能源系統，而非Model 3國產版；二是根據LFP目前在量產車應用情況，和特斯拉在電池領域的一系列動作來看，特斯拉很可能與寧德時代在“無鈷”電池領域展開深度技術合作，為將來的電池供應商做提前準備，而非現階段大批量使用。

僅僅依靠結構的變化獲得的系統能量密度提升，還遠不足以顛覆電池行業或電動車領域。而特斯拉將在4月舉辦的“電池及動力總成大會”或許才會真正公布一些顛覆行業的內容。