特斯拉生產(chǎn)平價電動汽車的計劃似乎總是指向內(nèi)華達(dá)州的里諾市，該公司正在這里興建價值50億美元的超級電池廠，它的目標(biāo)是在2017年底前獲得足夠的產(chǎn)能，以便將鋰離子電池組的每千瓦時成本削減30%以上。

許多公司都表示要降低電池價格并提高容量，并且正在確立相應(yīng)的概念。特斯拉的最終目標(biāo)是推出比ModelS豪華電動汽車便宜一半的產(chǎn)品。實際情況表明，該公司有好幾條路可走。

特斯拉的最新方向是硅。不是硅谷，而是硅這種材料，它正在改變電池的生產(chǎn)方式。上周五，特斯拉展示了新的90千瓦時電池組，這種升級產(chǎn)品的容量提高了5%，可以讓特斯拉的電動汽車多行駛15英里(約24公里)左右。雖然外觀可能沒有變化，但它使用了硅，這是鋰離子電池技術(shù)的一個進(jìn)步。

上周，特斯拉首席執(zhí)行官埃隆·穆斯克在電話里告訴記者，該公司對電池進(jìn)行了改進(jìn)，具體方法是在陽極中使用了一些硅材料，進(jìn)而改變了電池的化學(xué)反應(yīng)過程。

穆斯克說：“我們的方向是用硅來做陽極，以上做法只是邁出一小步。我們用的主要材料仍是人造石墨，但我們會慢慢地在陽極中加入越來越多的硅。”

對外行來說，這聽起來也許跟鏡面加工很像。而實際上，這樣做有可能讓電池變得更好、更廉價;對特斯拉(和其他電池制造商)來說，它既重要又難度極大。

加拿大新斯科舍省戴爾豪西大學(xué)鋰離子電池首席研究員杰夫·達(dá)恩教授最近和特斯拉簽訂了為期五年的獨(dú)家合作協(xié)議。他說：“電池廠商正在爭相提高電池中的硅含量。在全球鋰離子電池領(lǐng)域，正在進(jìn)行硅課題攻關(guān)的研究人員不計其數(shù)。許多學(xué)術(shù)界和實業(yè)界人士也在非常努力地鉆研這個問題。”

鋰離子電池小科普

電池有兩端，一端是陽極，另一端是陰極，二者之間是電解液。在充電和放電過程中，離子通過電解液在兩極之間移動。

商用鋰離子電池的陽極一般由石墨制成。如果用硅制作陽極，其單位體積鋰離子容量可達(dá)到前者的10倍左右。理論上，如果用硅大量取代石墨，石墨陰極就可能變細(xì)，從而擴(kuò)大容納活性材料的空間。這樣就可以提高電池的能量密度，也就是單位體積能量存儲能力。

換句話說就是，尺寸不變，能量增多。同時，在鋰離子電池中，硅的質(zhì)量不需要像太陽能電池或集成電路中那么高，這就意味著價格較低。電池中的硅越多，就越容易降低成本。

這就是所有電池廠商的目標(biāo)——提高產(chǎn)品質(zhì)量，降低成本。

聽起來很容易吧?但達(dá)恩說，難得很。達(dá)恩正在3M或者加拿大自然科學(xué)與工程研究理事會資助的一個項目中，這個項目就是要開發(fā)持續(xù)時間更長、成本更低的鋰離子電池。完成了3M的研究項目后，達(dá)恩將從2016年6月開始和特斯拉進(jìn)行獨(dú)家合作。

把鋰和硅放在一起的難點(diǎn)在于，最終出現(xiàn)的原子數(shù)量幾乎是初期的五倍，而這會帶來各種各樣的問題。

參加聚會的電極顆粒

達(dá)恩解釋說，大家可以把電池電極想象成一個房間，電極中的大量顆粒就像在房間里聚會的人。如果這些人都突然變得很胖，房間里就裝不下那么多人了。

他說：“如果大家都擠了進(jìn)去，然后他們都變得有400磅重，那就會帶來大麻煩。”

用硅制作所有電極顆粒就會出現(xiàn)這樣的情景。但如果房間里只有一些人變胖，問題就不那么大，大家可以挪動一下，給胖人留下足夠的空間。

達(dá)恩指出：“最初只添加少量硅的原因就在這里。”

但使用硅材料的問題還不止于此。我們還用上面的比喻來解釋，大家可以想象一下，這些胖人(或者說較大的電極顆粒)在充電時變瘦，放電時再次變胖。其體積的大幅變化會引發(fā)另一個問題。所有硅電極顆粒都浸泡在電解液中，當(dāng)它們變大時，就會不斷拉伸包裹著它們的保護(hù)膜;當(dāng)它們縮小時，保護(hù)膜則有可能脫落，這可能影響到電池的使用壽命。

達(dá)恩說，這種情況意味著用的硅越多，電池的壽命就越難保證。

這就是目前電池廠商和研究人員的處境。

達(dá)恩說：“眼下只能加一點(diǎn)點(diǎn)硅，就像灑魔粉那樣，這樣的量還可以接受。幾年后，硅會用得越來越多。這是件好事，因為它意味著這些產(chǎn)品會越變越好。”

達(dá)恩的研究團(tuán)隊打算既提高鋰離子電池的能源密度，又延長它的使用壽命。這或許有助于降低電動汽車和電網(wǎng)能源存儲的成本。但正在這么做的不光是他們。達(dá)恩指出：“世界上有好些公司都在往陰極里添加硅。不僅僅是為特斯拉提供電池的松下，三星和其他一些公司也在這樣做。”

薩薩姆·杰斐曾在清潔能源研究和分析機(jī)構(gòu)NavigantResearch長期從事分析工作，現(xiàn)在他是初創(chuàng)公司CygnusEnergyStorage的首席執(zhí)行官。他認(rèn)為，目前大多數(shù)電池中的硅含量都非常低，包括消費(fèi)電子產(chǎn)品使用的電池。

問題在于特斯拉用了多少硅。杰斐說，業(yè)界標(biāo)準(zhǔn)是硅占電池原材料的1-3%。他認(rèn)為特斯拉已經(jīng)找到了提高硅含量的辦法。

他指出：“特斯拉已經(jīng)顯著改變了電池的能源密度，而且公開宣稱是硅讓他們做到了這一點(diǎn)，這讓我覺得他們在提高電池硅含量方面已經(jīng)取得了進(jìn)展。當(dāng)然，現(xiàn)在這只是猜測。”

ModelX和作為供應(yīng)商的特斯拉

車輛估值及汽車市場研究機(jī)構(gòu)KelleyBlueBook高級分析師卡爾?布勞爾對《財富》雜志表示：“所有業(yè)內(nèi)人士都有很大的動力來不斷改進(jìn)電池技術(shù)。這當(dāng)然是特斯拉的命根子。”

他說，特斯拉的ModelXSUV備受期待，為此該公司必須提高電池容量。這是因為ModelX較重，不提高電池容量的話，行駛里程就會縮短。

布勞爾認(rèn)為，特斯拉把精力集中在電池技術(shù)上不光是為了做出更好的汽車，它還想轉(zhuǎn)型為供應(yīng)商。

許多公司都預(yù)計價格更低、性能更好的鋰離子電池將投入使用，并且爭相把這項技術(shù)用于民用和商用電網(wǎng)中。上述舉措有可能讓特斯拉成為這個新興革命性能源行業(yè)中的領(lǐng)跑者。