特斯拉电池技术公开_特斯拉电池技术公开为什么没有应用

1.特斯拉为什么敢于开放所有专利？

前几天，特斯拉官方放出了一张电池日的最新海报，同日，CEO马斯克在推特上表示特斯拉会在3-4年内批量生产寿命更长、而且能量密度提高50%也就是达到400wh/kg的电池。海外媒体研究后，得出了一个结论：这…好像是硅纳米线的结构图啊？！

我们之前猜测过特斯拉可能会在正极材料上做文章，使用单晶技术；也可能在负极材料上用Maxwell的干电极技术+预锂化的方式，再或者在电解液中加入新型添加剂。结果，特斯拉的纳米材料预告图却在告诉我们，电池技术，我们还是有杀手锏的！。

其实跟特斯拉合作的Amprius公司，早在去年就已经将这种新型电池投入使用了。Zephyr无人机搭载硅纳米线电池后，在平流层飞行超过了25天。

这个公司也很有意思啊，现在已经偷偷跟特斯拉“暗度陈仓”了。显示，Amprius已经搬去跟特斯拉秘密的?Tera?电池制造工厂做邻居了，特斯拉电池日也会在这里举办。很好，真是近水楼台先得月，难怪Maxwell都要往后稍稍呢。

话说回来，就来讲讲这个所谓的“硅纳米线”电池是什么，注意断句，硅/纳米线，其实这种电池本质上就是用硅纳米线取代了传统锂离子电池中的负极材料石墨。

那为什么不用普通硅呢？硅对环境友好、资源丰富，工作电压也与石墨接近，理论比容量也达到了4200mAh/g，也是目前合金负极材料中最高的。硅又便宜又常见，它不香吗？

当然——是不行的。在循环过程中，硅会发生严重的体积变化。锂离子电池的容量跟负极材料能够嵌入的锂离子数量有关，嵌入的锂离子数目越多，电池容量就越大。充电过程就是锂离子嵌入过程，硅材料随之膨胀；在电池工作放电时，锂离子从硅材料中脱出。

硅的主要问题是在嵌锂的时候，体积相对于原来的大小膨胀了将近400%，类比以前的电池会出现鼓包的情况，硅作负极的电池膨胀以后可能鼓成原来的四个大。因此在脱锂后，硅很难恢复到原来的形貌。

体积膨胀又会在硅材料上施加额外的应力，导致材料破损和龟裂。这一过程就是所谓的电极粉末化，通俗点来说就是，电极主观对抗让它膨胀的过程，结果用着用着，电池内部碎了。粉末化过程中，碎了的硅材料会从电极上脱落，这也会导致最后电池循环稳定性差，电池容量也会急剧下降。硅可以看作是一个反应容器，反应容器没了，电池的反应也不能正常进行了。

而这个硅纳米线，指的是宽度在10纳米左右、长度无限制的材料，可以想象成硅纳米带，这是一种新型的一维半导体纳米材料，内晶核是单晶硅，外部有一层SiO2进行包覆。

通过查询专利可以大概了解到Amprius的硅纳米线制作工艺：利用涂覆有硅涂层纳米结构模版，使用PECVD工艺或热CVD法，直接在导电基板上生长硅纳米线。该纳米线具有核壳结构，这一制备方法同样也适用于在硅纳米线上复合或参杂其它物质，以增强它的导电性和强度。

硅纳米线就可以通过横向膨胀来很好的释放应力，不会造成纳米线龟裂或破损，从而阻止了电极的粉末化。硅纳米线之间有一定的间隙，体积膨胀的时候也有一些空间让它膨胀，不会让它相互挤压。

另外，在电流集电极上直接生长纳米线还可以增强纳米线与衬底之间的物理和电学接触，一般来说，电极材料是通过粘结剂粘在电极上的，这种方式等于让硅从电极上“长”出来，可以让每根纳米线上的电子都可以很好的传输至外电路。纳米线的导电性也能通过和其他材料不同方式的合作得到提高，比如掺杂、合金化、核壳材料等形式，硅纳米线导电性的问题也就不用担心了。

聊到现在，虽然硅纳米线有这么多的优势，但我还是坚持认为这个硅纳米线电池，特斯拉可能会使用，却也不能把所有容量提升全都归功于这一点。为什么？

从成本角度来考虑，尽管硅的储量很大成本很低，但上述的制备工艺成本可不低。无论是纳米化还是上面提到的化学气相沉积法（也就是CVD），都在无形中提高了硅纳米线负极的成本。

这种工艺属于高耗能工艺，加工难度和制造成本都高于人工石墨。如果真的大规模生产的话会导致成本不可接受。新能源车上的电池和航空航天领域的不一样，这是需要大规模量产的，但航空航天的材料随随便便烧个几百亿都算正常的。成本如果降不下来，最终还是要转嫁到消费者身上。

性能表现上说，尽管Amprius的专利显示硅纳米线循环180次后仍能达到1000mAh/g的能量密度，但整合在电池上终究不是负极材料一家说了算，搭配正极和电解液，硅纳米线电池的最大容量以及循环性能究竟是个什么水平还要打个大大的问号。成本与这个提高程度是否成正比，也要等量产之后才有答案。

还有一个比较关键的问题是，现在制约纯电动车的电池容量上限的并不是负极材料，而是正极材料。从NCM523，到NCM622再到NCM811，这一路走下来，电池的发展趋势都是提高镍在电池中的比例。就算是今年大火的磷酸铁锂刀片电池，也只是从模组层面进行提升。

虽说负极材料没少折腾，前段时间广汽新能源还宣传了石墨烯作负极的种种优势，可到现在，也没透露出更多信息，但是各大厂商就真这么傻，想不到改善负极来提升电池容量吗？

电池负极容量对电池总比容量的贡献远没有大家想象的这么多，石墨的理论容量为372mAh/g，特斯拉Model?3掺入10%硅基材料的石墨负极容量约为550mAh/g。那Model?3的续航里程有明显提升吗？

特斯拉这个“渣男”的态度就是，不承认、不否认、不知道，我可以暗示跟Amprius合作了，采用了硅纳米线技术，但只要我不承认，你们就都得等到9月22日电池日才知道到底怎么回事。我们能怎么办，就等马斯克到时候再揭晓呗。

本文来源于汽车之家车家号作者，不代表汽车之家的观点立场。

特斯拉为什么敢于开放所有专利？

造势了大半年后，马斯克所说的“特斯拉历史上最激动人心的一天”——特斯拉电池日终于来了！这也是特斯拉首次专门针对电池技术举办发布会。在发布会中，最大的重头戏是特斯拉发布了全新的“4680”型电池，如果电池设计、电池工厂、正极材料、负极材料、整车电池一体化这5部分创新都能兑现的话，新电池的续航能力将能够提升54%，成本会下降56%。不得不说，这是个非常了不起的成就。

“4860”电池登场

电池电芯设计：无极耳电?

在过去的几年中，特斯拉与松下一起，完成了一次创新，那就是将18650电池升级到了21700电池，在升级的过程中，电池的能量密度增了约50%，续航能力也大幅提升。这一次的创新，特斯拉带来了46800电池，无极耳电池。

无极耳电?

目前的电池结构中，电流必须流经极耳才能到达电池单元外部的连接器。但是，当电流必须一直沿着阴极或阳极流到极耳并流出电池单元时，电阻也会随着距离的增加而相应提高。除此之外，由于极耳是额外的零件，因此增加了制造成本。相比传统的电池结构，无极耳电池的制造过程会更加的简单，也会进一步减少电阻。当然了最大的优势是它不但能够提升16%的续航能力，还能将成本降低14%。

没有了极耳，生产效率会变得更高，而且电池可以做到比较大，这款新电池的直径是46mm，高度是80mm，单电芯容量是之前的5倍。特斯拉的工程师通过对单元中现有箔片进行“激光图案化”，形成了电池的带状螺旋，这样的结构缩短了50mm的电气路径长度，从而减少了离子传导的距离，这样的结构有利于电池工作散热与减少能量损耗。通过对电池外形设计的改变，就能将每千瓦时的成本降低14%。

4860电?

正极材料：减少对钴的使用

在新电池中，正极材料部门将会消除对钴的使用，转而依赖镍。这样做的好处是能够将成本降低12%。其实这不难理解，从金属角度讲，镍的能量密度最高、成本反而最低，所以要用越来越多的镍代替钴。它们的作用是让电池结构拥有足够的稳定性，钴能做到这一点，同样镍也能做到。

在储能方面，特斯拉旗下的车辆中，需要长循环的可以使用铁锂电池、2/3镍和1/3锰，应用于主要的乘用车，而对于质量敏感的皮卡和卡车可以用高镍电池。为了降低成本，特斯拉还准备在美国建立正极材料工厂，这样一来可以减少80%的运输成本，此外特斯拉还会布局上游资源和电池回收，进一步降低成本，拉拉杂杂的这些如果全部实现的话，在这一个环节中，成本就可以下降12%。

关于负极材料：硅负极

在负极技术方面，高能量密度的动力电池一直面临着负极材料体积变化的问题，这一问题可能会导致负极材料颗粒破裂、绝缘层扩散与SEI膜变薄等隐患，每一项都会影响电池的寿命与性能，且这些问题在硅基负极上体现得更加明显。

为解决这些问题，特斯拉通过将离子传导的高分子化合物集成，形成了高强度的分子网络，生产了更加稳固的负极材料。马斯克表示，特斯拉用非常高弹性的材料抑制了硅基负极材料的膨胀，达到提升电池续航20%的目的。在这一基础上，其负极生产成本能够达到1.2美元/kWh,在这个环节中成本可以下降5%。

整车电池一体化：减重10%?续航提升14%

据马斯克介绍，特斯拉未来还将推动汽车车身一体化的设计，在整车集成方面，特斯拉采取了去模组的设计，这将会减少370过个电池的组件。在新的电池包设计中，使用更好的方式粘合，使得电池结构更加紧凑。电池与车身更好的结合，可以将电池组减重10%，这可能会带来14%续航能力的增加。在这个环节中，特斯拉可以实现降低7%的成本。

电池工厂和产能

上面我们简单介绍了全新电池的黑科技，厉害是厉害，但是特斯拉得把它完完全全的生产出来才能兑现开篇所说的结果。不过特斯拉在这方面确实不是空口白说，它在2019年收购的?Maxwell，有着深厚的技术积累和众多的专利技术。据说，新电池已经开始在一家工厂生产，一年的时间就能够达到10千兆瓦时的产能。特斯拉还表示仅需?1?条新生产线，设计产能就高达?20GWh，并且可以提供7倍的产线输出。

电池工厂

除此之外，生产出来的电池需要确保充好电才能装车交付，特斯拉同时还设计了全新的充电设施，号称可以减少86%?的队列成本，75%?的碳足迹。所有这些设施加持下，新的生长线产量是过去的（2018?年?gigafactory）?6.6?倍，同时每?GWh?生产成本能够减少?75%，每?GWh?碳足迹仅有?1/10。我们把范围放大到10年以后，特斯拉的计划是?2022?年达到?100GWh?的电池产能，2030?年达到?3TWh，这雄心壮志绝非一般人能有。

对于此次特斯拉发布的全新电池技术，我们也找到了业内主流电池研发的工程师进行了咨询。而从电池技术的专业角度来看，46800电池颠覆了目前锂电池的设计，并且综合了锂电池和超级电容器两者的优势，加之取消了传统的极耳设计，随着内阻降低，电池在工作时的发热量也会减少，其电池的安全性能会再度提升。不过圆柱形电池对pack成组工艺要求很高，这是特斯拉将要面对的一个重要考验。

对于特斯拉最新发布的电池技术能否被复制的问题，工程师的回答也相对保守，他表示短时间内应该不会有厂家会去复制和模仿特斯拉的电池方案，因为特斯拉的电池方案有其特殊性，可能应用在他们自己的产品上还可以，短时间很难应用到其他家产品当中，至于特斯拉的电池方案是否会改变现有动力电池技术方向，工程师表示从目前来看还很难说。

纵观整个特斯拉电池日，特斯拉提出的全新电池解决方案，是从电芯设计、正/负极材料、电池工厂乃至车辆整合全流程降低电池生产成本，同时进一步提升了电池的性能。相关数据统计，在一系列电池技术的革新之后，特斯拉动力电池的成本将会控制在100美元/kWh上下，而相比于其他几家动力电池制造商，目前松下动力电池的成本约为111美元/kWh左右、LG化学电池成本约为148美元/kWh左右，宁德时代的成本则在118美元/kWh左右，特斯拉目前的电池成本在业界属于最低水平。

当电池的成本降低，随之而来的便是售价更低的全新车型。在电池日上，埃隆·马斯克也宣布售价在2.5万美元左右的全新车型将在2022年量产。新车将搭载最新的电池技术，只不过在新车量产前，特斯拉需要解决的还是全新电池的产能问题。

总结：

对于此次的特斯拉电池日，硅谷钢铁侠埃隆·马斯克不仅仅提出了纯电动车最新的电池解决方案，更是加速了动力电池工厂的技术革新，在汽车制造厂商逐步进军零部件研发中后，作为曾经的供应商将加速自身技术的发展和变革。相信在此之后，纯电动车的动力电池技术将会迎来一波新的技术革新浪潮。

不过随后马斯克也表示，本次电池日活动中所展示的部分技术只是接近于可用的状态，但是目前仍然无法大规模的生产，特斯拉已经在加州设立了一个实验工厂，来解决目前存在的那部分技术问题。最后我们用马斯克的一句话，来结束今天的话题：“为了未来的可持续化发展，我们正在涉足电池生产，过去我们为了造出最好的车，建造了现在的工厂与设备。现在，为了生产电池，我们也将做出同样的事。”

本文来源于汽车之家车家号作者，不代表汽车之家的观点立场。

以下就是我的回答

2014年马斯克开放了特斯拉的所有专利，所有人都怀疑他......一直以来特斯拉把所有的最新成果和技术细节都毫无保留的展示出来，它们难道不怕被抄袭吗？马斯克认为真正决定一个企业会不会被超越，是他创新的速度究竟有多快，而不是竞争者设置壁垒，所以他开放了所有专利。肯定有人会问，既然真心开场专利，为啥还要申请，直接不要申请专利不就好了吗？他们不申请专利不代表别人不会利用他们的技术去申请专利来搞他们，他们申请专利的动作更多的是防御性质的。对老马来说，如果有人利用了他的技术加速了世界向持续能源的转变，造福了人类，哪怕用特斯拉的技术超越了特斯拉，他认为这是一件好事，这就是用正确的方法做正确的事情，这就是格局。

提起新能源汽车，目前的市场主力军要属特斯拉了。而特斯拉之所以能够在市场获得如此大的优势，还要得益于其专注于电动汽车的研发，以及早先在市场进行布局的优势。

比如新能源车型最为看重的自动驾驶技术，特斯拉也是发展的最为迅速的一个品牌，而现在的造车新势力发展能够如此迅速，也离不开特斯拉开放的专利技术，而且是全部的专利技术，这让不少人困惑，马斯克这是为了什么呢？

自从2014年开始，特斯拉就开始开放所有的专利技术，到现在为止，已经有8年的时间，那么特斯拉就能是为了什么呢？它难道不怕被超越吗？我们一起来看看这其中的奥秘。

特斯拉在全球拥有3304项专利，其中有986个独特的专利，而且在3304项专利中有2147项专利是有效的，而这些全部都是开放。比如三星、宝马和Ethicon Llc等公司都引用了特斯拉的专利。

总的来看，特斯拉专利组合被引用最多的就是能源生成、存储和电池技术，其中LG、福特汽车都是它的受益者，而且LG是申请最多的。不过，特斯拉可不是无条件开放专利，也是带有一些苛刻条件的。

比如，如果你接受了特斯拉免费的专利，那就不能用任何专利或者知识产权起诉特斯拉，不但不能用专利起诉，更不能用其他知识产权起诉，即便特斯拉侵犯了你的商标、商业机密，也不可以起诉。对此你怎么看？