特斯拉的粉絲一直堅定地認為，特斯拉的技術水平是遙遙領先的（不對，這個詞現在已經不能隨便用了）。

　　傳統企業的工程師出來反駁，特斯拉并沒有你們以為的那么牛。

　　粉絲不服，那你們的續航怎么沒有超過特斯拉？

　　工程師不想解釋，卻在私下嘀咕，我們的能量密度也很高，只是成本太高沒人用而已。

　　工程師覺得粉絲啥也不懂，粉絲覺得工程師都是老頑固。兩個群體就這么互相標簽化，離多維度地還原事情的本質這件事越來越遠。

　　兩邊的對立常常讓我困惑，為什么不能好好交流呢。

　　越來越多的人問我這個問題，特斯拉的電池續航能力到底有多強。三言兩語說不清，不如嘗試著寫一寫吧。當然，我并不是專業工程師，有不對的地方歡迎指正。在試著探討這個問題之前，我們先界定一下這個問題的前提條件，梳理幾個基礎概念。

　　1、車輛續航除了跟電池有關以外，還跟不同工況下的運行有關。由于后者的問題比較復雜，今天主要來談電池。

　　2、電池最重要的性能參數是能量密度，能量密度有體積能量密度（Wh/L），也有質量能量密度（Wh/kg）。我們在電池上更多談論的是質量能量密度（Wh/kg），它決定了單位重量的電池所儲存能量的大小。

　　3、電池的能量密度常常指向兩個不同的數據，一個是電池系統的能量密度，一個是電芯的能量密度。

　　電芯（Cell）是一個電池系統的最小單元，也有人描述為單體電池。你理解為單節電池就行，比如說，一節五號電池。M個電芯組成一個模組（Module），N個模組組成一個電池包（Pack），這就是車用動力電池的基本結構。也有人直接把電池包叫做電池組。

　　▲NissanLeaf使用的是軟包電池，從上到下依次為電芯，電池模組和電池包。

　　其實就是一個很簡單的公式，電池包=N·模組=N·（M·電芯）。

　　4、由于電池包關系到電池最終的形狀和車輛布置，大部分廠家會選擇采購電芯，自己來做電池系統。電池系統的能量密度和電芯選型有關，比如圓柱電池因為單個電芯容量小，電池系統結構復雜，在單個電芯能量密度占優勢的前提下，電池系統的能量密度相對會低一些。（結論參考來自麥肯錫的報告）

　　▲電動車制造商的電池供應鏈策略，原圖來自麥肯錫，42號車庫翻譯。

　　5、從結構上劃分，電芯主要有三種類型，方殼電池（Prismatic），軟包電池（Pouch）和圓柱電池（Cylindrical）。

　　▲從左到右分別為圓柱電池、方殼電池和軟包電池。

　　從原材料劃分，電芯有磷酸鐵鋰、鎳鈷錳（NCM）和鎳鈷鋁（NCA）等不同類型，這里的材料主要指的是正極材料。在原材料的影響中，正極材料對電芯的能量密度影響較大。

　　負極材料普遍以石墨為主，目前主流研究方向在探索硅碳負極的商業化。

　　電芯的結構和原材料組成的不同，對電芯的能量密度均有影響。

　　以上這些內容，我再把要點總結一下。

　　在我們討論電池對車輛續航里程的影響時，主要討論的是電池系統的能量密度和總體重量的結構布置。而電池系統的能量密度主要由電芯正負極材料和結構選型決定。

　　建立了框架上的基礎認識之后，我們現在可以針對具體的車型來談細節了。我們由大到小來看。

　　首先，是電池包的整體結構。

　　在麥肯錫的報告中，提出一個很重要的結論，那就是不同車輛結構上布置的電池系統樣式，對電池系統的能量密度大小有重要影響。

　　對于這一點，我們直接看圖感受。

　　先來看一看在第二次電動車浪潮里，生產了第一款量產電動車EV1的老牌廠商通用。

　　以下這張圖，從左到右分別為第一代Volt，第二代Volt，SparkEV和最新款的雪佛蘭Bolt的電池系統。其中，Volt為插電混動車型，SparkEV和Bolt是純電動車型，SparkEV是自EV1停產之后通用推出的第一款量產電動車型。

　　▲照片來自JefferySauger

　　來看一下SparkEV的電池布置和電池結構。

　　▲雪佛蘭SparkEV

　　2014款SparkEV用的是磷酸鐵鋰電池，由A123提供，容量21.3kWh。

　　2015款SparkEV的電池改用LGChem，96組，每組2個電芯，每個電芯27Ah，3.75V，一共有192個電芯，電池容量為19.44kWh（192x27Ahx3.75V）。

　　整個電池系統體積135L，總重215kg，比老款減重39kg。根據以上數據計算，2015款SparkEV電池系統體積和質量的能量密度分別為144Wh/L和90Wh/kg。

　　電池更換后，兩款車EPA標準下的續航里程均為132km。也就是說，雖然電池容量和重量都減少了，但是新款電池的能量密度提升了，車輛續航里程保持不變。但是一百多公里的續航顯然沒太大意義。

　　要繼續提升車輛續航的話怎么辦呢。

　　要么繼續提升電芯的能量密度，要么就辦法多裝一點電芯。簡單說，要么繼續用這個平臺，要么就得改了。

　　舊平臺改造（AEP：AdaptedElectricPlatform）分為兩種類型，一種是基于舊平臺的舊設計，一種是基于舊平臺的新設計。SparkEV屬于前一種，用的是GammaII平臺，雪佛蘭Bolt就屬于后面一種，基于GammaG2SC平臺設計。

　　▲雪佛蘭Bolt

　　請看，肉眼可見的，電池結構變得更加平坦，電池體積也增加了，可以裝下更多電芯了。沒錯，雪佛蘭Bolt的電芯增加到了288個，依然是96組，但是每組增加到3個電芯。

　　電芯由LGChem提供，每個電芯55Ah，3.75V。電池容量近60kWh（實際是288x55Ahx3.75V=59.4kWh）。

　　電池體積285L，總重435kg，電池系統的能量密度為246Wh/L和137Wh/kg，EPA續航里程為383km。

　　可以看出，從SparkEV到Bolt，電芯數量增加了一半，電池體積增加了0.7倍，電池重量增加了一倍，電池系統的能量密度也增加了一半，而車輛續航里程則增加了兩倍。

　　重新設計后的車輛底盤，更有利于電池系統的布局。

　　除了具有歷史代表意義的通用電動車（特斯拉也曾經借鑒過EV1的設計）以外，另外一款全球知名的暢銷電動車是NissanLeaf。

　　要說SparkEV的電池布置雖然局促，但形狀還算平整。到了NissanLeaf身上，本來形狀非常規則的軟包電芯堆疊到一起，被布置出一個不規則形狀，來適應車輛上的座位結構。

　　一個電池包里，有橫著放的，有豎著放的，簡直逼死強迫癥。完全沒有體現出日本人應有的處女座特質。

　　▲NissanLeaf

　　NissanLeaf說是自己的EV平臺，其實也是參照Tiida做的。這么多年過去了，動力系統的布置一直在調整，但是電池的形狀和位置卻基本沒什么變化。

　　▲NissanLeaf新舊款對比

　　經過剛才Bolt電池結構的學習，看到這里你是不是可以猜一猜，Leaf的續航提升可能有限。

　　對的。

　　NissanLeaf一共用了三種電池，從24kWh到30kWh再到40kWh，電芯數量始終不變，一直是192個，EPA續航里程從135km提升到172km再到241km。

　　然而，Bolt已經快400km了喂！

　　當然，你要換一種標準看的話，數據看起來還是可以的。

　　▲NissanLeaf在JC08標準下的續航表現

　　結論說完了，來看一下具體數據。

　　24kWh的電池使用的是AESC的錳酸鋰LMO電芯，每個電芯33.1Ah，3.8V。電芯總重量為151.1kg，電芯的能量密度為317Wh/L和157Wh/kg。

　　30kWh的電池用的是鎳鈷錳（NCM）電池，重量比24kWh的增重21kg。電芯的能量密度為396Wh/L和174Wh/kg。

　　▲NissanLeaf的電池變化

　　到了2017款，NissanLeaf新增了40kWh的電池，EPA續航里程241km。對，此時已經2017年了。

　　在通用宣稱自己每賣出一輛Bolt就虧損9000美金時，不知道說日產是省錢好呢還是省錢好呢還是省錢好呢。

　　美國和日本的代表作都看過了，我們現在來看德國。

　　大眾的MQB平臺很多人都很熟悉了，e-Golf就是MQB平臺下的產物。e-Golf是大眾繼e-up！之后推出的第二款量產電動車。

　　▲大眾e-Golf

　　有沒有一種熟悉的感覺，那種傳統內燃機平臺下誕生的不規則電池結構的尷尬又來了。

　　e-Golf的電池在Volt的T型結構（T型結構最早來源于通用EV1車型）上還加了一對小翅膀，企圖做一點空間上的掙扎。

　　然而，數據顯示，2015款e-Golf的EPA續航里程是134km。

　　2015款e-Golf用的是松下三洋的方殼電池，電池容量24.2kWh，重330kg。一共27個模組，264個電芯（88s3p)，每個電芯25Ah。

　　▲大眾e-Golf電池

　　到了2017款，大眾更換了e-Golf的電池供應商。最新款35.8kWh的電池來自三星SDI，選用的是37Ah電芯，EPA續航里程為201km。

　　依然長路漫漫。

　　德國另外一家不能忽視的廠家就是傳說中培養出三星SDI和寧德時代兩家重量級電池供應商的寶馬。

　　終于說到寶馬i3。寶馬i系列是全新設計的產品線，從i3的電池結構可以看到，非常平整的一個長方體，電池外殼就像一個抽屜一樣，里面裝了96個電芯。

　　▲寶馬i3

　　i3老款電池容量22kWh，EPA續航里程僅130km，使用的是60Ah電芯。

　　i3新款的電芯尺寸不變，采用了來自三星SDI的94Ah和3.7V的鎳鈷錳（NCM）電芯，電芯能量密度為357.4Wh/L和173.9Wh/kg。電池總容量為33kWh，EPA續航里程提升到182km。

　　看來，光有結構的平整也沒用，裝不下大電池，就是裝不下。

　　而奔馳，最早Smart和B-Class的電動力系統都是由特斯拉供應的，后來經更換后，結構上沒有大的改動，篇幅有限就不展開了。

　　▲奔馳Smart

　　▲奔馳B-Class

　　▲雷諾Zoe

　　看完了這些傳統車企的電動車產品之后，我們最后來看特斯拉的底盤，這個應該是大家最熟悉的圖了。有一種滿滿一車電池的富有感。

　　▲特斯拉ModelS

　　特斯拉有從60kWh到100kWh的不同電池版本。中間升級過一次18650的電芯，從每節2.9Ah升級到3.1Ah，在保持結構不變的基礎上，70kWh的版本直接升級到75kWh。

　　我們來看一下特斯拉在EPA標準下的續航數據。

　　▲特斯拉ModelS的續航里程，截圖來自Wikipedia

　　截圖里可以看到，以ModelS為例，特斯拉EPA標準的續航里程覆蓋300多到500多公里。而在最新公布的EPA數據里可以看到，Model3長續航版的續航里程也已達到了499公里。

　　從市售產品上來看，完全是碾壓級的勝利。

　　所以，大眾公布了要打造全新的電動車MEB平臺，MEB平臺的技術將在大眾集團內共享。這個平臺長這樣。

　　▲大眾MEB平臺

　　奔馳全新的電動車平臺EQ長這樣。

　　▲奔馳EQ平臺

　　裝不下大電池的老平臺注定只是過渡。

　　當然，一個新平臺的打造往往需要上百億的投入，在電動車還僅是小眾市場時，傳統車企在財務上的保守表現是非常正常的。這也帶來了特斯拉的機會點和領先市場的優勢。

　　市售產品的性能對比，實際比較的是產品層面。

　　產品，其實是企業綜合策略的體現。要考慮市場規模，品牌定位，還要核算成本及價格。比如，一個低端品牌，在沒有品牌溢價的定價能力的前提下，不敢輕易打造像特斯拉這樣百萬級價位的豪華電動車。

　　當你定義了自己是未來市場的領導者，還是跟隨者的時候，你也同時定義下了，你的產品是不是一定要應用最新最好的技術。而這一點，正是科技愛好者最為看重的事情。

　　為了更客觀地比較各家產品的差別，現在我們談技術層面，也就是從電池系統要談到電芯了。

　　從上一個部分的電芯演變，或許你可以注意到，大家都開始采用鎳鈷錳（NCM）電池了。NCM是電池的正極材料，根據正極材料劃分，目前主流的電池主要有三種類型，磷酸鐵鋰，鎳鈷錳（NCM）和鎳鈷鋁（NCA）。

　　磷酸鐵鋰電池的安全性更高，能量密度更低，在客車上的應用更廣。比亞迪由于押寶在磷酸鐵鋰路線上，而在三元鋰電池的探索上占了下風。在乘用車上，我們主要認識的就是兩種電池，NCM和NCA。特斯拉的松下圓柱電池就是NCA材料。

　　▲NCM電池組成

　　想要提高電池能量密度，第一條要做的就是提高電芯正極材料的比容量。鎳的含量越高，電芯的比容量就越高。另外，由于鈷價太高，提高鎳的比例的同時降低鈷的比例，能夠成功降低電芯成本，這也是高鎳電芯發展趨勢的重要原因。

　　而我們常見的NCM111/523/622/811指的都是這三種元素之間的比例。也就是說，NCM811是目前鎳比例最高的電芯。

　　▲寶馬的電池路線圖

　　我們從寶馬的電池路線圖里就可以看到，NCM會從111的比例逐漸調整到811。2018款寶馬i3會用到三星SDI的NCM622電芯，而直到2021年以后，寶馬才會在i5上應用NCM811電芯。

　　而奔馳的EQ平臺在2018年的第三季度就會使用SKinnovation的NCM811電芯。

　　從LGChem的資料上來看，計劃使用他們最新款811電池的車型有以下這些：

　　日產LeafE-Plus(60kWh版本)

　　現代KonaEV

　　現代IONIQElectric(電池升級版)

　　起亞NiroEV

　　第二代RenaultZoe(2019)

　　大眾ID（2019）

　　歐寶CorsaEV(2019)

　　標致208EV(2019)

　　也就是，應用NCM811電芯的車型最早會在2018年看到。

　　雖然這些廠家沒有提供目前NCM811電芯的能量密度數據，但是我們可以看一份SolidPower提供的數據。

　　▲來源：SolidPower

　　采用NCM811正極和石墨負極的電芯，可以達到255Wh/kg，536Wh/L的能量密度。

　　而CATL的官方資料顯示，他們電芯的能量密度目前能達到240Wh/kg。

　　▲來源：CATL美國官網

　　另外，來自比亞迪的官方資料顯示，比亞迪NCM電池的能量密度目前能達到200Wh/kg。

　　▲來源：比亞迪的公開演講

　　特斯拉目前18650電芯的能量密度大概在250Wh/kg的水平，而在Model3的2170電芯上，特斯拉將采用硅碳負極，將電芯能量密度提升到300Wh/kg。

　　也就是說，單純比較電芯能量密度的話，其他廠家可以達到特斯拉18650電芯的能量密度水平，但是在已經開始對外交付的Model3上，特斯拉又領先了。

　　除了在正極材料上提高鎳的比例以外，在負極材料中使用硅碳也是業內認可的一個方向。因為石墨的理論能量密度是372mAh/g，而硅負極的理論能量密度高達4200mAh/g。

　　只是硅負極材料存在膨脹的問題，可能會導致電池容量喪失，影響電池的循環壽命。目前在量產電芯上，只有特斯拉宣布成功應用了硅碳負極材料。

　　▲電池路線演變，來源：SolidEnergy

　　在《促進汽車動力電池產業發展行動方案》中，工信部提出，新型鋰離子動力東池的電芯能量密度要超過300Wh/kg，電池系統能量密度達到260Wh/kg，而到2025年，電池系統能量密度要達到350Wh/kg。

　　目前，NCM811已經把鎳的比例提高到很難再大幅提升的水平了，使用硅碳負極或者研究不同的正極材料將會是一個提升點。而到300Wh/kg以上，固態電池的技術突破將會成為關鍵。

　　在產品層面上，車企早就可以應用更新更好的技術，但由于早期電動車市場太小，車企沒有大規模資金投入到電動車新平臺的開發上，內燃機車型平臺的先天因素導致無法裝載大電池。

　　▲大眾的續航時間表

　　▲日產的續航時間表

　　▲雷諾的續航時間表

　　另一方面，有調研公司的市場調查顯示，三四百公里的續航已經足以滿足當前用戶的需求。老奸巨猾，不，經驗豐富的老牌車企并不想冒冒失失地推出成本高昂的車型。

　　在傳統內燃機車型的市場上，他們早就習慣如此。在新創公司搶著用華麗數據吸引眼球的時候，他們不急，一邊慢慢推進自己的新平臺計劃，一邊想辦法在輿論上攻擊競爭對手。

　　所以，特斯拉的電池續航能力到底強在哪兒呢。

　　第一，在電芯技術層面，大家選擇了不同的技術路線，在250Wh/kg水平的能量密度上不分上下。但是特斯拉在硅碳負極材料上成功突破到300Wh/kg，又早一步領先業內水平。

　　第二，由于沒有歷史包袱，特斯拉得以拋去內燃機底盤的包袱，開發全新的電動車平臺，在電池系統的布局設計上獲得了很高的自由度，可以很早就推出100kWh的電池容量，領先行業幾年。

　　第三，在馬斯克一流的營銷能力下，特斯拉成功打造了高品牌定位，從而可以在高價位的市場區間快速應用最新最好的技術。