特斯拉Model3動力電池包如何拆解？

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文/羅鬆鬆

來源：遠川科技評論（ID：kechuangych）

6月13日，剛參加完亞布力論壇的比亞迪董事長王傳福，又馬不停蹄趕到重慶，在演講中，他擺出了一組數據：中國70%以上的石油需要進口，70%（實際上是80%）需要經過馬六甲海峽，70%是消費在交通運輸環節。

不過王傳福的目的不是給電動車造勢，而是想說電動車同樣會遇到燃油車的“卡脖子”問題：“發展新能源汽車最主要是爲了解決石油卡脖子問題，但是中國的鈷資源幾乎沒有，鎳資源也很少，中國不可能走回頭路，從被石油卡脖子到被金屬鈷和鎳卡脖子。”

因此他得出結論，相比於要使用大量鎳、鈷的三元鋰電池，使用磷酸鐵鋰作爲正極材料的刀片電池不僅安全性更好，而且完全不依賴稀有金屬，沒有卡脖子的後顧之憂。

擔心被卡脖子的不止王傳福，還有太平洋對岸的馬斯克。今年2月份，砍掉了公關部的馬斯克發了一條推特，說道：“鎳是我們最大的擔憂，正是因爲鎳短缺，所以標準續航版車型纔會使用無鎳的磷酸鐵鋰電池。”

雖然大家都有相似的憂患意識，但王傳福和馬斯克卻選擇了兩種截然相反的解決方案：比亞迪押注的是成本更低，能量密度也更低、同時也更安全的磷酸鐵鋰，並且在積極推動刀片電池的外供；特斯拉選擇的是成本更高、能量密度更高、但安全性稍遜一籌的三元鋰電池。

爲了鎖定上游資源，馬斯克一邊給鎳礦廠商畫餅，告訴他們“只要環保開採，就別愁沒有大訂單”，另一邊，又去勾搭鎳資源最豐富的印度尼西亞。

作爲電動車的“心臟”，電池及其上游的原材料供應也越來越得到資本市場的關注，本文將試圖回答以下三個問題：

1. 爲什麼鎳如此重要？

2. 特斯拉爲什麼要死磕鎳？

3. 誰在鎳的開發上擁有最大話語權？

三大金屬的此消彼長

2019年，諾貝爾化學獎頒給了三個耄耋之年的老人，以表彰他們在“鋰離子電池開發”領域的貢獻，他們可能不會想到，四十多年前發明的鋰電池竟然會在汽車行業裏掀起一場滔天巨浪。

鋰電池的工作原理其實並不複雜：通過鋰離子在正負極之間的移動實現充放電功能，之所以選擇鋰，因爲它是世界上最輕的金屬，在同等體積和重量的條件下，能存儲和搬運更多的能量，是一種絕佳的載體。

正極是決定電池性能最關鍵的材料，所以電池通常都以正極材料命名，包括鈷酸鋰、磷酸鐵鋰和三元鋰電池，鈷酸鋰因爲含有昂貴的“鈷”，所以成本較高，但是由於更高的壓實密度，在3C電子行業佔據統治地位。

目前，電動車使用最多的是磷酸鐵鋰和三元鋰電池。

磷酸鐵鋰的優點是循環壽命長，安全性好。而且不含鈷和鎳這樣的稀有金屬，所以成本低廉。缺點是能量密度不高，低溫性能差，但是通過封裝技術的提升，續航里程也能達到500-600km以上。國產Model3和比亞迪漢用的都是磷酸鐵鋰電池。

所謂的三元鋰電池，則是指正極材料使用鎳鈷錳酸鋰（NCM）或者是鎳鈷鋁酸鋰（NCA）的鋰離子電池。目前，NCA的核心技術被松下牢牢掌握，專供特斯拉。國內主要生產的是NCM。蔚來用的都是三元鋰電池。

無論是是三元還是磷酸鐵鋰，所有的技術路線都少不了對“鋰”的開發，鋰也被認爲是新能源時代的“白色石油”，全球大部分鋰資源主要分佈南美和澳大利亞的“三湖七礦”中，按理說，鋰應該是各方爭奪最激烈的資源，但事實並非如此。

從2015年開始，由於全球新能源汽車市場的爆發，上游鋰礦和鋰鹽的投資不斷增加，並且在2017-2019年持續放量，但是沒想到，在經歷2019年全球汽車市場負增長之後，又碰到了2020年的新冠疫情，下游需求驟降，導致鋰鹽價格一路走低，從2018年的16萬/噸跌到去年的4-5萬元/噸。

換句話說，過去兩年鋰資源的供給其實是相對過剩的。那麼作爲三元電池的核心材料，含量最高的鎳、鈷的戰略價值逐漸凸顯。

其中，鈷金屬大部分分佈在剛果（金），因爲長年戰亂，供給極不穩定，價格波動劇烈，很多電池廠商一直在想辦法降低鈷含量，包括特斯拉和長城旗下的豐巢能源都喊出“無鈷電池”，鈷的價格也從2018年上半年的9萬美元/噸下降至現在的4.45萬美元左右，近乎腰斬。

全球鈷價走勢圖

相比之下，鎳的重要性則更加無可取代：在三元鋰電池中，鎳含量基本上直接決定了能量密度，等於決定了電池的續航。鋰過剩，錳既不貴也不缺，鈷的含量和價格也在持續下降，如此一來，鎳的重要性則水漲船高，怎麼避免被鎳“卡脖子”，也成了新能源車品牌繞不開的問題。

馬斯克的心病

2008年，特斯拉推出第一款跑車Roadster時，市場並不看好，其中一個原因在於它用的是18650鈷酸鋰電池，而非更廉價的磷酸鐵鋰電池，雖然續航不錯，但是售價也高達10.9萬美元起。

所謂18650就是，直徑18mm，高65mm的圓柱形鋰電池（0代表圓形），之前被大量用在筆記本電腦中，技術比較成熟，一致性和安全性都比較好，能量密度也比較大，特斯拉做的，就是把6831節18650電池通過串並聯的方式結合在一起，爲汽車提供動力。

爲了進入大衆市場，特斯拉在Model S中雖然也用的是18650電池，但把正極材料變成了價格更低的鎳鈷鋁（NCA）電池，提高了鎳含量，減少了鈷，電芯的能量密度提升到243Wh/kg，比Roadster高出了三成左右，但是價格卻減少了1萬美元。和Model S源於同一個平臺的Model X，用的也是18650。

爲了保證穩定供應和控制成本，特斯拉和松下2014年決定共同出資50億美元，在美國內華達州的一片沙漠中建設超級工廠，爲Model 3提供所需要的電池，但是規格從當初的18650變成了21700。

從名稱中可以看出，新一代的電池變大了，電芯的容量達到4.8Ah左右，電池的能量密度也達到300Wh/kg左右，相比於18650提高了20%，原因在於，21700在保有高鎳含量的NCA正極材料的同時，負極材料由原來的100%的石墨變成了硅碳複合材料，如此一來，相同容量的電池組所需要的電芯數量將會顯著減少。

這一方面既降低了電池的管理難度，同時也因爲減少了電池包裏的結構件而降低成本，電池系統的成本從當初的180美元/Wh降低到170美元/Wh，從而推動了特斯拉的銷量能夠實現質的飛躍。

從無到有，從Roadster到Model S，再從Model S/X到Model 3/Y，特斯拉每次產品推陳出新的背後都有一次電池技術的升級，而在更新換代的過程中，存在一條清晰的路線圖：更高的鎳、更少的鈷、更大的電池，更少的總數，以及更高的能量密度。

簡單總結就是：高鎳無鈷化。

2012年，特斯拉Model S，單個電池能量密度爲245Wh/kg，鈷含量爲11kg/輛，到2018年，特斯拉Model3，單個電池的能量密度已經達到300Wh/kg，鈷含量卻下降到4.5kg/輛，比6年前減少了60%，但這並不能滿足馬斯克的胃口。

特斯拉的三次電池升級

從去年開始，全球新能源汽車市場開始爆發，動力電池廠商經過多年的磨練能力也越來越強，特斯拉獨步天下的電池技術優勢也在被慢慢追趕，在這樣的背景下，特斯拉去年舉辦了“電池日”，宣佈推出高鎳的4680電池，比在Model 3上用的21700又要大一個個頭，像一個小的啤酒罐，號稱成本可以降低14%，續航可以提高16%。

在發佈會上，馬斯克說："如果我們最大限度地利用鎳，把鈷減少到零，我們可以使（電池）價格降低50%."

特斯拉的尋鎳之旅也由此開始。

中國隊異軍突起

從總量上來說，地球上的鎳並不少，根據美國地質調查局的統計，截止到2019年年底，全世界已探明的鎳儲量約爲8900萬金屬噸，印尼、澳大利亞、巴西和俄羅斯的儲量最爲豐富，2019年，全球鎳產量約爲250萬噸，印尼一國就佔了約三分之一。

如果按照礦石性質分，鎳礦主要分爲硫化鎳和紅土鎳兩種。

前者主要分佈在高緯度地區，冶煉技術成熟，但是儲量在不斷下滑，開採成本日漸升高，佔總供給的39%，後者主要分佈在低緯度地區，資源豐富，開採成本比較低，工藝成熟，而且因爲靠海，所以運輸成本也比較低，佔總供給的61%。

如果按含鎳量來分，又分爲一級鎳和二級鎳，前者主要用於生產電池、電鍍以及合金等產品，後者主要用來生產不鏽鋼，從下游消費結構來看，目前不鏽鋼是鎳的最大下游市場，佔總消費的70%，動力電池雖然增長迅猛，但只佔比5%左右。

而三元鋰電池所需要的鎳，自然是一級鎳，而一級鎳的來源只有兩種：硫化鎳礦或者是採用溼法冶煉的紅土鎳礦。

如前文所述，硫化鎳因爲儲量和開採成本的原因，產量在不斷下滑。另一邊，由於新能源汽車市場的增長，動力電池，尤其是高鎳三元正極材料的需求也將出現指數級增長。根據Benchmark Minerals Intelligence的預測，到2030年，動力電池對鎳的需求量將從2020年的13.9萬噸飆升到140萬噸，佔鎳總需求的30%。

一邊是供給跟不上，一邊是需求爆發，硫化鎳的價格是肉眼可見的上漲。想要避免被原材料卡脖子，基本上只有兩條路：一是甘心挨宰，高價買硫酸鎳；二是想辦法利用廉價又豐富的紅土鎳生產電池級原料。

作爲全世界生產新能源汽車最多的企業，也是對未來規劃最激進的公司（2030年產量爲2000萬輛），特斯拉當然感覺到了危機，所以從去年開始，馬斯克就把鎳視作公司前進路上最大的攔路虎。

所以，從去年下半年開始，就有消息傳出特斯拉將會在印尼建立電池工廠，但卻不了了之。今年3月，特斯拉瞄上了位於太平洋的新喀多尼亞島，這座小島上的Goro鎳礦理論上每年可以生產6萬噸紅土鎳，特斯拉獲得了這些資源的供應權。

Goro鎳礦原本是歸巴西淡水河谷公司和日本住友商事共同所有，雙方想通過溼法冶煉的方式，利用紅土鎳生產出動力電池所需要的硫化鎳，投資巨大，但投產十年來一直沒有達到設計產能，兩大股東損失慘重，最後只能割肉賤賣。

毫不誇張地說，誰能在紅土鎳的溼法工藝上取得革命性的技術突破，誰就能擁有鎳的定價權。所以過去十年，不少公司前仆後繼，除了淡水河谷和住友商事，還包括全球礦業巨頭必和必拓以及謝里特，但最終都以失敗告終。

然而，在這場技術革命中，中國軍團卻實現了後發先至。

今年5月，位於印尼的力勤礦業宣佈投產第一批氫氧化鈷產品，這也意味着利用紅土鎳生產電池級產品的可行性已經得到了證實。除了力勤，中國不少企業已經加入到這場技術革命的浪潮中，包括全球不鏽鋼之王“青山控股”，華友鈷業、格林美、洛陽鉬業以及寧德時代控股的廣東邦普等。

這批中國軍團的加入，一方面意味着用於硫化鎳的供應緊張問題將得到極大緩解，同時也意味着鎳的價格將會進一步下降，從而帶動動力電池系統以及電動車成本的下降，這對於一直擔心被鎳卡脖子的新能源玩家來說，無疑是一個巨大的利好。

尾聲

表面看，汽車行業的競爭只存在於整車廠之間，但殊不知，在這場新能源革命的背後，上游礦產資源的爭奪戰更爲激烈，因爲這不僅涉及到公司利潤，還關乎國家的能源安全。

中國本身是一個少鋰、少鎳、無鈷的國家，過去十年通過一批企業在海外的收購和佈局，已經形成了一個完整的供應和加工體系，也出現了包括寧德時代、比亞迪在內的世界第一梯隊的動力電池廠商。

但不能忽略的是，隨着歐美國家開始積極佈局新能源，上游供應鏈的競爭無疑將會加劇。

早在2017年，歐洲就成立了電池聯盟。今年6月，美國能源部、國防部、商務部和國務院共同發佈了《國家鋰電池藍圖（2021-2030）》，目標就是建設美國國內的鋰電池原材料的加工能力，並且降低對敏感材料（尤其是鎳和鈷）的依賴程度。

誰能拿到產業鏈上的最大話語權，仍然是個未知數。