行业巨头特斯拉，其电池有何独到之处？详解锂离子电池工作原理

不久前，伊隆·马斯克和德鲁·巴格利诺走上舞台，向世界各地的投资者和科技爱好者分享了特斯拉电池技术的最新发展。如果我们将本次演讲的主题归结于特斯拉试图解决一个问题，那就是电池供应问题。

马斯克

让我们先快速了解一下特斯拉电池的工作原理。与所有电池一样，锂离子电池包含正极（阴极）和负极（阳极），并由电解质隔开。这些电池被称为锂离子电池，因为它们通过在阳极和阴极之间以锂离子的形式传输带正电的离子来为设备供电，在电池的两侧之间产生一个迫使电子穿过设备的电势它正在供电以平衡电位。

锂离子电池工作原理

至关重要的是，这个过程对于锂离子电池是可逆的，因为锂离子被松散地固定在阳极和阴极晶体结构的空间中。这称为插层。因此，当电池施加相反的电势时，通过充电，它将迫使锂离子穿过电解质并再次停留在阴极当中。

锂是这些电池的不变特征。使用它是因为它是第三轻的元素和最轻的金属。允许它的离子为任何电池提供惊人的能量重量特性。这是我们制造电池所需的第一种原材料。然而，锂本身并不能决定电池的能量容量。

锂

例如，特斯拉的电池主要使用石墨作为负极材料。石墨是一种轻质材料，然而为了存储单个锂离子，石墨阳极需要6个碳原子，这给出了每克372mah的理论最大电池容量。

这是一份电池原材料采购清单。如石墨烯、硅树脂、锂、镍、钴、铝、锰、铁和磷。这些数字显示了每种元素在地壳中所占的百分比。有机硅作为地球上第二丰富的元素占主导地位，使其作为阳极材料更具吸引力，铝和铁紧随其后，锰和磷位于中间，丰度相对较高。

地壳中的元素组成

这就是为什么锰、铁和磷酸盐对廉价电池具有吸引力的原因。但是，如果我们查看到此列表的底部，我们会看到三个有问题的材料。镍、钴和锂。出于本视频的目的，我们将重点介绍这三种材料。这让我们一瞥电池制造商面临的供应问题，但请不要误会，地壳的这一小部分仍然足以满足我们的需求，相对丰富的数量并不一定表明供应链稳健，因为提炼某些材料比其他材料更困难。

这张表同样来自美国的地质调查局，显示了世界钴的供应量，其中一个国家提供了2019年世界总产量的70%以上，它就是刚果民主共和国。对于依赖钴制造电池的科技公司来说，这一直是一个重大争议。

储能和可穿戴领域新突破 穿在身上的电池研发成功

据报道，我国复旦大学科研团队发现了纤维锂离子电池（FLIBs）内阻与长度之间的关联规律，有效解决了活性材料和纤维电极界面稳定性难题，连续构建出兼具高安全性和高性能的新型纤维聚合物锂离子电池。该纤维锂离子电池具有良好的循环稳定性，循环500圈后，电池

世界钴的供应量

2019年，美国华盛顿特区针对苹果、谷歌、戴尔、微软以及特斯拉发起了具有里程碑意义的法庭案件，因为他们的业务助长了刚果民主共和国“可怕”的采矿行为。在刚果，童工和危险的采矿方法，一直以来都饱受争议。

对此，特斯拉解决问题的方法是减少电池中钴的含量，但在公开资料上，很难找到一个典型的特斯拉电池有多少钴的确切答案，但在他们最近冲突矿物报告中，特斯拉声称他们最新一代2160电池的钴含量低于其下一代使用镍锰钴电池，镍锰钴电池的比例为8：1：1。

矿物冲突报告

特斯拉正在努力用镍完全取代钴，镍在地壳中的含量是钴的3倍多一点，并且拥有更强大的供应链，在各大洲之间分布更均匀。

特斯拉的电池每千瓦时含有约700克镍，因此100千瓦时的电池将含有70公斤镍。比我们以前的任何一种材料都要多得多，将其扩大到10太瓦时，我们将需要70亿公斤或700万吨镍。

特斯拉

因此，很明显镍和钴是特斯拉电池供应链中的两个最大瓶颈。但是，我们目前正处于电池驱动汽车的早期阶段，这些汽车中很少有每年达到使用寿命，但随着时间的推移，这种情况很快就会改变，可用于回收的电池数量会爆炸式增长。届时，随着采矿对供应链的重要性降低，通过回收利用更具周期性的供应链将会出现。

今天，大多数锂离子电池都没有回收利用，例如你家中抽屉里的那些旧电子产品，其中可能有大量可以回收利用的锂离子电池，而之所以放在抽屉里是因为目前没有合适的方法来回收它们。

施特劳贝尔

对于车辆电池组而言，这种趋势无法继续。为了让电动汽车市场能够生产并克服这些供应链问题，需要出现周期性供应链。有多家初创公司争相成为世界上第一大型锂离子电池回收商，由特斯拉联合创始人兼首席技术官的施特劳贝尔创立的红木材料（Redwood Materials）就是其中之一。而根据特斯拉的幻灯片，以他们目前的制造技术，特斯拉至少需要1万亿美元的投资，建造大约67个超级工厂才能达到他们10太瓦时的里程碑。届时，全球整个汽车市场都将转向纯电动汽车。