特斯拉: 一次技術革命只有特斯拉才敢這樣

2023-12-07 | 來源: 財經雜志 | 轉到微信 | 有0人參與評論 | 字體: 放大縮小 | 收藏 | 打印

幹法電極同樣要在金屬箔片上附著正負極材料，但正負極材料為幹粉狀，附著力弱，它不像抹奶油，而更像撒沙子，且同樣追求均勻度和速度。

為把沙子撒地均勻、粘得牢固，特斯拉研發了新的粘結劑。

2020 年，特斯拉申請了幹法電極粘結劑專利，它改進了鋰電池原本采用的 PVDF 粘結劑。從微觀層面看，這種新粘結劑被滾壓後會纖維化，就像一張網。這讓原本在平面上撒沙子變成 “就像在棉花糖上撒沙子”，一位幹法電極工藝專家說。

但當時的特斯拉並不清楚要在正負極材料裡混合多少粘結劑：粘結劑比例高了，電池中帶能量的物質就會變少，能量密度會變低，且粘結劑會阻礙鋰離子在電池中的流動，這會縮短電池循環壽命；但粘結劑比例太低，材料的附著力又不夠。

衡量粘結劑效果的一個直觀標准是電池首效（第一次充放電時電池的電量占設計容量的比例）。一位拆解過 4680 電池的工程師稱，特斯拉在今年年中的樣品能將首效做到 88%，而其他參與該項目的電池公司只能做到 85%，但還未達到量產電池的水准。目前主流的動力電池首效超過 92%。

“以這個首效推算，特斯拉 4680 電池的循環次數可超過 1000 次，但目前主流的電池的循環次數超過 2500 次。” 他說。

材料研發還只解決了約 20% 的量產難題，接下來還有設備研發。

幹法電極設備需要用合適的力度將材料中的粘結劑滾壓成合適的纖維化狀態。在實驗室環境中，這件事很簡單。但大規模生產要求設備能連續、精准地處理整個任務。

輥壓要多次進行，如果只壓一次，就沒有足夠的操作空間來調整設備參數。特斯拉公開的專利中，采用了三個滾輪，分兩次執行輥壓動作。但一位接近設備供應商的人士稱，特斯拉後來將輥壓設備的滾輪數量增加到了 7 個。

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目前行業使用的幹法電極設備。

越來越多的滾輪確實提升了精度上限，但又增加了調試難度，每調整一次前面的滾輪，後續所有滾輪的參數都會變化。

在制造領域時常靈光乍現，敢於嘗試的特斯拉，也不得不陷入這樣的低效怪圈。調試設備和工藝沒有捷徑，它需要一次次嘗試。且往往牽一發動全身，改一處得調整多個環節。去掉弄濕正負極材料再烘幹的 “多余環節”，比馬斯克最初想象得難得多。

特斯拉的做法是自己設計設備，再找鋰電設備公司做代工生產，幫助克服一些設備問題。

一位曾接觸過特斯拉的設備供應商人士稱，特斯拉會給到設備核心圖紙，並限制供應商修改設計。“最終的結果是，設備工程師不懂工藝，特斯拉的人不懂設備，設備供應商花了很長時間才造出能用的設備，但依然不符合特斯拉的要求。” 他說。

2021 年，特斯拉找了多家電池設備供應商制造設備，其中部分設備方案現已被舍棄。據了解，一家龍頭鋰電設備供應商曾向特斯拉提供了整條 4680 產線設備，並派出一個近 50 人的工程團隊去得州協助特斯拉優化產線，該團隊已在 2022 年底撤走。

生產設備的另一個難點是焊接機。

原本的電池極耳只有一小片，而 4680 電池采用全極耳設計，需要焊接的極耳面積成倍增加。焊接面積越大，就越容易出錯。焊接機輸出的能量過大會焊穿極耳，能量不夠焊接就不牢固，兩種情況都會讓電池報廢。

“特斯拉到今年也沒有明確定義焊接效果要做到什麼樣。特斯拉從源頭去革新，但到落地的細枝末節上他們也把不准，於是就花錢找人幫他圓夢。” 一位設備供應商人士稱，特斯拉並未給出更好的極耳焊接控制方案。此外，特斯拉還在激光密封等環節遇到了良率挑戰。