“特斯拉電池”，是一類由鋰金屬或鋰合金為負極材料、使用非水電解質(zhì)溶液的電池。1912年鋰金屬電池最早由GilbertN.Lewis提出并研究。20世紀70年代時，M.S.WhitTIngham提出并開始研究鋰離子電池。由于鋰金屬的化學特性非常活潑，使得鋰金屬的加工、保存、使用，對環(huán)境要求非常高。所以，鋰離子電池長期沒有得到應用。隨著科學技術的發(fā)展，現(xiàn)在鋰離子電池已經(jīng)成為了主流。

特斯拉電池大致可分為兩類：鋰金屬電池和鋰離子電池。鋰離子電池不含有金屬態(tài)的鋰，并且是可以充電的。可充電電池的第五代產(chǎn)品鋰金屬電池在1996年誕生，其安全性、比容量、自放電率和性能價格比均優(yōu)于鋰離子電池。由于其自身的高技術要求限制，現(xiàn)在只有少數(shù)幾個國家的公司在生產(chǎn)這種鋰金屬電池。

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不過一般特斯拉電池的使用壽命都只在兩到三年。特斯拉電池一般能夠充放300－500次。最好對鋰離子電池進行部分放電，而不是完全放電，并且要盡量防止經(jīng)常的完全放電。一旦電池下了生產(chǎn)線，時鐘就開始走動。不管你是否使用，鋰離子電池的使用壽命都只在兩到三年。

特斯拉鋰離子電池解讀

特斯拉所使用的松下電池屬于鋰離子電池的一種。鋰離子電池是一種二次電池（充電電池），它重要依靠鋰離子在正極和負極之間移動來工作。在充放電過程中，Li＋在兩個電極之間往返嵌入和脫嵌：充電時，Li＋從正極脫嵌，經(jīng)過電解質(zhì)嵌入負極，負極處于富鋰狀態(tài)；放電時則相反。電池一般采用含有鋰元素的材料作為電極。

其重要優(yōu)點有輸出電壓高（3．6V）、能量密度大、自放電小、循環(huán)壽命長無記憶效應、可快速充放電無有毒有害物質(zhì)等。缺點是溫度影響電池容量以及安全性能不好。目前重要應用領域為消費電子、電動交通工具、大型動力電源以及二次充電及儲能領域。

特斯拉ModelS專用的松下18650電池

18650是鋰離子電池的鼻祖－－日本SONY公司當年為了節(jié)省成本而定下的一種標準性的鋰離子電池型號，其中18表示直徑為18mm，65表示長度為65mm，0表示為圓柱形電池。

ModelS所用18650電池是松下產(chǎn)的型號為NCR18650B三元材料電池，電容量約3.3mA，電壓達到3.6V，能量密度高達243Wh/kg。

在特斯拉的ModelS上使用的NCR18650B比之前Roadster所使用的鈷酸鋰離子電池比能量高出三成，差別來源于結(jié)構的不同，它以鎳鈷鋁三元材料為正極材料，以石墨為負極材料，以六氟磷酸鋰為電解液。最終達到比能量更大，穩(wěn)定性、一致性更好的效果。此外，單體電池尺寸小但可控性高，可降低單個電池發(fā)生故障帶來的影響，即使電池組的某個單元發(fā)生故障，也不會對電池整體性能出現(xiàn)影響。

鋰離子電池的構造多種多樣，松下三元電池只是其中的一種，以下我們將重要從鋰離子電池的五大核心部件詳細解析鋰離子電池。

鋰離子電池的五大核心部件

正極材料

正極材料決定了鋰離子電池的重要性質(zhì)，如能量密度、循環(huán)穩(wěn)定性、安全性等。正極材料目前重要包括鈷酸鋰、錳酸鋰、磷酸鐵鋰和三元材料等。目前來看，鋰離子電池正極遵循著從二元材料向三元材料的發(fā)展趨勢。松下NRC18650B的正極材料是鎳鈷鋁三元材料，俗稱NCA。

通過引入Ni含量可提高材料的容量，而松下NRC18650B正是提高了Ni含量（摩爾分數(shù)80%）從而使電池從原來的2．9Ah提高到了3.3Ah左右，能量密度大大提升。同時受益于三元協(xié)同效應，NCA正極材料綜合了LiNiO2和LiCoO2諸多優(yōu)點，性能比使用單一材料優(yōu)越。而且，該材料用鈷量較少，成本較低。

從目前市場角度上看，磷酸鐵鋰和三元材料為國內(nèi)最主流的兩種正極材料，由于新能源客車對磷酸鐵鋰離子電池的需求量較大，磷酸鐵鋰的市場占有率更高一些，但三元材料以較為迅猛的勢頭逐漸發(fā)展，成為未來的趨勢。

無論是磷酸鐵鋰正極材料還是三元正極材料，都離不開碳酸鋰。以特斯拉ModelS為例測算一輛新能源汽車的碳酸鋰當量需求：松下NCR18650電池單體重量44g，松下官網(wǎng)說明18650電池中正極材料重量占比20~35%，假設其正極材料在30%左右，則重量為15克左右。NCA化學式Li（Ni0.8Co0.15Al0.05）xO2，經(jīng)過測算x＝0．845，分子量為87．5；碳酸鋰分子式Li2CO3，分子量為74。按鋰元素一比一，兩者重量比是74：（87.5&TImes;2）＝0．423：1。

可知其中1克鋰鈷鎳鋁三元正極材料要0．423克碳酸鋰。則生產(chǎn)一節(jié)18650NCA三元電池正極材料要15*0．423＝6．345g碳酸鋰。一輛ModelS使用了7104節(jié)18650電池，折合碳酸鋰當量＝7104*6.345g＝45.1kg，再加上電解液六氟磷酸鋰對碳酸鋰的需求和工業(yè)耗損，預計一輛ModelS對碳酸鋰當量需求在60kg左右，折合耗用量為0.73kg/kWh。

按照同樣的思路進行計算，我們估計松下三元電池的鎳元素耗用量約為0.53kg/kWh。

此外，鈷元素也是NCA和NCM三元材料必不可少的上游原料，隨著三元材料對碳酸鐵鋰的替代趨勢越來越明朗，鈷需求也隨之水漲船高。NCA三元材料中鈷元素需求量約為0.14kg/kWh。

負極材料

石墨仍為負極材料首選

鋰離子電池的負極是由負極活性物質(zhì)碳材料或非碳材料、粘合劑和添加劑混合制成糊狀膠合劑均勻涂抹在銅箔兩側(cè)，經(jīng)干燥、滾壓而成。負極材料是鋰離子電池儲存鋰的主體，使鋰離子在充放電過程中嵌入與脫出。

負極材料重要分為以下三類：碳材料（石墨類）、金屬氧化物材料以及合金材料。松下NCR18650B電池的負極材料采用石墨材料。

動力鋰電池市場爆發(fā)以來，相比于其他材料而言，負極材料價格相對穩(wěn)定，技術路線以石墨類為主，不存在很大的爭議。我國電池網(wǎng)數(shù)據(jù)顯示，以動力鋰離子電池為例，一輛新能源汽車大約要40千克負極材料，折合石墨耗用量約為0.9kg/kWh。目前負極材料重要以天然石墨和人造石墨為主，兩者性能有著各自的優(yōu)缺點，應用領域也有所不同。

碳材料發(fā)展最前沿的產(chǎn)品就是石墨烯，它是目前為止發(fā)現(xiàn)的最薄的層狀材料，以石墨烯作為負極材料可以加大電池的容量。傳統(tǒng)石墨材料的能量密度上限（石墨烯）在372mAh/g，較當前正極材料的能量密度還有相當?shù)脑Ａ俊Ｎ磥硖岣邉恿︿囯姵啬芰棵芏热允切履茉雌噭恿Ψ矫娴年P鍵，盡管價格昂貴或技術尚不成熟，鈦酸鋰以及硅基復合材料等高端負極材料也逐漸步入負極材料的應用領域。

電解液

電解液，是鋰離子電池中是作為帶動鋰離子流動的載體，對鋰離子電池的運行和安全性具有舉足輕重的用途。鋰離子電池的工作原理也就是其充放電的過程，表現(xiàn)為鋰離子在正負極之間的穿梭，而電解液正是鋰離子流動的介質(zhì)。

根據(jù)我國電池網(wǎng)的推算，在電解液的成本構成中，溶劑約占30%，添加劑約占10%，最重要的成分溶質(zhì)約占60%。市場上的溶質(zhì)以六氟磷酸鋰（LipF6）為主，松下NCR18650電池也選用了六氟磷酸鋰作為溶質(zhì)，每kWh鋰離子電池要0.15kg的六氟磷酸鋰。六氟磷酸鋰同樣可以通過碳酸鋰制備。

隔膜

隔膜的重要用途是保障正負極分開的情況下鋰離子自由流通，是保障電池安全的最重要部分之一。隔膜能夠浸潤在電解液中，而且表面上有大量允許鋰離子通過的微孔。微孔密度以及材料選擇、厚度等等特性都會影響鋰離子穿過隔膜的速率從而影響電池性能。我國產(chǎn)業(yè)信息網(wǎng)估計，鋰離子電池中隔膜的耗用量大致為20m2/kWh。

松下供應給特斯拉的電池所使用的隔膜，由住友化學供應。住友化學隔膜采用單層pE作為基體材料，濕法工藝加工處理。與干法工藝相比，濕法工藝的投資成本較高，但可以提高膜表面微孔數(shù)量，且生產(chǎn)的隔膜更薄。這也是濕法工藝最大的優(yōu)勢，其薄膜厚度可以低至9μm，而干法工藝制作的隔膜厚度通常在20－40μm。

鋰離子電池結(jié)構件

作為鋰離子電池和電池模組的重要組成部分，精密結(jié)構件重要包括鋁/鋼殼、蓋板、連接片等，對鋰離子電池的安全性、密閉性、能源使用效率等都具有直接影響。由于新能源汽車在使用過程中要大量的電芯串、并聯(lián)在一起保證能量供應，導致要使用大量的結(jié)構件產(chǎn)品以保證動力鋰電池的安全。

鋰離子電池外殼保護電池在儲存和使用過程中免受外界損壞并維持電池內(nèi)部穩(wěn)定性，對電池的安全性、密封性和一致性等方面都有直接影響，是鋰離子電池重要組成部分之一。根據(jù)鋰離子電池形狀的不同，其所采用外殼材料各有差異：圓柱型電池外殼以鋼殼為主。方形電池外殼以鋁殼居多，軟包電池重要使用鋁塑膜和極耳來封裝。

電池接觸片是電池上的一個重要組成部分，采用銅，鐵，不銹鋼等材料制成。電鍍鍍金、銀、鎳、錫。安裝在導電膜上的電池接觸片受到按壓時，接觸片中心點接觸電池形成回路，電流通過。它具有導通性強、手感佳等特點。