特斯拉的秘密武器：2170电芯

特斯拉最新的这个2170电池。2170电池，其实就是21700电池，宽21mm，高70mm，比现在的18650电池要大。

目前，特斯拉的电池组依然是使用的是18650电池，具体型号是松下的NCR18650B型。这种电芯的电量是3.35Ah。3.35Ah在18650型号的电池中，已经属于能量密度比较大的了。

但是，从最早的60kWh，一直迭代到今天的100kWh，特斯拉一直在尝试突破电池组的极限。为了增加能量密度，特斯拉之前已经在改良18650电池中阳极的材料。具体方法呢，是逐步在石墨阳极中加入少量的硅元素。

简单来说，这个硅元素组成的分子结构，相比石墨来说，能存储更多的锂离子，从而提升单位体积内电池的能量密度。

这样来说，把阳极的石墨换成硅不就可以了吗？问题没这么简单。硅元素虽然存储锂离子的能力比较强，但是在电池的充放电过程中，以硅元素组成的阳极，其在吸收锂离子的过程中，体积变大很大，有大约300%的膨胀。

而石墨阳极在吸收锂离子的过程中，体积变化只有7%。

而这种阳极的体积变化，会严重缩短电池的循环次数，也就是电池的使用寿命。因为三元锂电池的电极是固态的，如果体积变化太大，整个电极会趋于崩裂。

所以，现在改良锂离子电池的阳极材料，都是逐步加入少量的硅元素，使其体积变化在可接受范围之内，而又能同时提高电池的能量密度。

了解这样一个技术瓶颈之后，我们就能理解为什么特斯拉要放弃18650，而使用21700。因为短时间，石墨阳极存储锂离子的能力不会有实质突破，而硅元素又带有先天性的副作用，所以接下来要提升电池组电量的办法，就是换用更大容量的电芯。

其实，特斯拉目前使用的18650电池的能量密度，并不是18650电池中密度最高的。松下的NCR18650G型电池，容量高达3.6Ah，是18650电池中电量最高的一款。

但即便如此，对于提升一个电动车电池组整体的能量密度，也是杯水车薪。因为只要继续使用18650，那么特斯拉电池组可以容纳的电池数量是有限的，除非18650在能量密度上飞跃性的突破，否则没有必要继续使用。

那么接下来就是21700电池发挥能量的时候了。其实，一个电芯做成什么样大大小，是没有固定规则的。这个电池既可以做成20700，也可以做成21700，特斯拉和松下最后选择了21700，应该是考虑到尽可能增加单个电芯的体积。

相比18650呢，21700电池在电量上，能够提升40%左右。由于特斯拉和松下联合研发的这个21700电池，正在特斯拉的超级电池工厂进行生产，所以我们目前还没有它的具体参数。

但是，三星SDI生产的21700电池的单体容量在4.75Ah左右。所以，我认为特斯拉将来在Model 3上使用的21700电池，容量应该在4.8Ah左右。这个相比现在的3.35Ah有着非常大的提升。

但是，容量提升了，电池的重量也上去了。18650电芯的重量一般是45~48g，而三星SDI的21700电芯，重量达到了75g。

我们简单计算一下：18650方案，特斯拉电池包一共有7104节电池，所以仅电池的重量大约是341kg，85kWh电池组的重量是544kg。那么，可以粗略得出，特斯拉的电池组中，除了电芯以外的电池包装和冷却系统，重量约为203kg。

OK，那么如果换装21700电池，为了实现同样的85kWh电量，需要多少节电池呢？首先，21700电池容量4.8Ah，工作电压3.6V，这样来算的话，如果是85kWh总电量，则只需要4918节电芯即可满足需求。

而4918节21700电芯的总重量，是368kg。这么算下来，貌似这个21700方案的电池组，要比18650方案要重27kg。

先别管这个。我们刚才算了下，85kWh电池组中，电池包装和冷却系统的总重是203kg左右。那么，当电芯数量从7104节，减少到4918节的时候，这个电池包装和冷却系统，也会相应减重，因为需要管理的电芯数量减少了。

所以，这个多出来的27kg，可以通过降低电池包装和冷却系统的重量把它给抵消掉。从而保持总重量不变，甚至可以做到比之前要更轻一点点。

那么问题来了，既然是这样的话，21700电池好像也没有什么太大的作用。因为要想达到一样的总能量，18650方案和21700方案最终的重量差不多。

除非这个21700电芯的单体能量密度，进一步提升，比如说从4.8Ah，提升到5.8Ah，甚至6.8Ah。这样的话，21700方案就会在能量密度上有明显的优势。

关于这一点，我并没有得出一个明确的结论。因为特斯拉的21700电池，它的单体容量到底是多少，我们是不知道的。即便一开始4.8Ah，说不定也已经在研发5.8Ah的产品了。我刚才做的数学推导，仅供参考，变数还是很大的。

但是有一个信息，大家需要明白，那就是这个21700电池，主要是针对Model 3开发的。Model S和Model X不出意外，也会陆续更新21700电池方案。但相比之下，Model 3更需要21700。

我们再简单计算下，一个18650电芯的体积是16.5立方厘米，7104节就是0.117立方米；21700电芯的体积是24.2立方厘米，那么4918节就是0.119立方米。

所以，同样是85kWh，18650方案和21700方案在电芯的总体积上是基本一样的。但是，如果加上电池包装和冷却系统，21700的优势就来了，因为21700方案中，电池包装和冷却系统会减重，所占用的体积也会比原来小很多。

而Model 3的轴距比Model S短90mm，车身宽度要窄79mm，如果要在Model 3上放电池的话，那肯定是这个电池组的体积越小越好，这就是为什么特斯拉在量产Model 3之前，要加紧研发和生产21700电池，因为这个18650，并不适合Model 3这种小车。

21700电池，虽然最终的能量密度没有明显提升，但是体积相对会减少一些，主要是因为电芯数量减少了，省去了一些电池的内部隔断和冷却循环的管道，让电池组更加紧凑一些。

当然，我刚才说的这些，都是只是推测而已。我相信特斯拉在研发Model 3的电池组的时候，21700电芯所起的作用是很大的，它应该不仅能够减小体积，还应该通过优化电池的这个pack和冷却系统的设计，以及制造材料的轻重，来进一步提升整个电池组的能量密度。

但是有人说21700电芯的能量密度，能比18650提升一倍，这个我是不信的。我相信这个目标随着技术的发展是有可能实现的，但是就目前来说，21700比18650的优势，还不是特别明显。

就像我刚才说的一样，21700的作用，主要是适配于Model 3这样的紧凑车型。