罐狀
讓我們受限從特斯拉聲稱其試生產工廠已經存在的兩件事開始，該公司在新電池設計和製造方面進行了改進。特斯拉是通過使用現有、常見的圓柱形18650鋰離子電池起步的，而大多數電動汽車都採用了扁平的袋狀或稜柱形電池，更像是手機和筆記本電腦中的薄電池。在圓柱形電池中，長長的片狀陽極、隔板和陰極被夾在一起，然後再捲起來裝進圓柱形的罐子裏。陰極板和陽極板各有一個細長的“極耳”，可以連接到電池罐的正極和負極端子。
使電池能量更密集的最好方法之一就是儘可能多地去掉包裝。把隔板做得超薄，儘量減少消耗空間的外部容器和電池組組件，這樣每公斤電池中就能儲存更多的電力。顯然，從當前設計中減少組件數量幾乎已經達到極限，所以另一種方法是增加電池體積與包裝面積的比例。也就是説，做個更大的罐子。
特斯拉在推出Model 3和Powerwall上使用的2170電池時就做到了這一點。這個圓柱體電池尺寸是21毫米乘70毫米，而不是18650電池的18毫米乘65毫米。但做得更大給特斯拉帶來了挑戰，因為雖然更大的罐子可以容納更長的滾筒，但更長的滾筒意味着陽極和陰極距離連接到電池端子的極耳也延伸得更遠。而電子經過的路徑越長，就會給安全快速充電帶來問題，併產生更多更難逃逸的熱量。
特斯拉對此的解決方案是推出新的“無極耳”設計，這讓4680電池體積更大，觸點的長度與陽極和陰極板的長度相同。當所有東西都被捲起來時，可以在兩端形成玫瑰色的聚集，使通向端子的電子路徑長度在整個電池板上保持較短狀態。特斯拉負責動力總成和能量工程的高級副總裁德魯·巴格利諾(Drew Baglino)説：“有時候，優雅和簡單的東西仍然很難共存。這讓我們經歷了很多考驗，但我們對最終的結果感到高興。”
馬斯克補充道：“對一些人來説，這聽起來可能有點兒傻。但是對於真正瞭解電池技術的人來説，這是一個巨大的突破。”
製造一種新型電池的另一半任務是設計製造這種電池的機器。正如此前所描述的那樣，特斯拉已經找到了大幅提高電池生產線部分產能的方法。無極耳設計實際上有助於實現這一點，因為電極片可以一直在滾筒中飛行。與此同時，特斯拉正在討論如何使用佔地面積更小的工廠和更少的能源增加產量，這將幫助他們實現降低成本和提高產量的目標。
打包
當然，電動汽車不是靠電池驅動的，而是靠裝滿電池的電池組驅動。這些電池組有很多好處，包括充電管理、冷卻和火災時的安全措施。這使得電池組的工程設計與車輛存儲的總體能量密度息息相關，因此也就與其續航里程密切相關。
特斯拉描述了一種新的包裝設計，它減少了一些結構支撐，這意味着在更小包裝中可以容納更多的電池。由於這涉及到一項重新設計的包裝技術，作為車輛的基層結構，它可能也帶來了些車輛層面的成本效益。
這種包裝設計實際上已經存在，但沒有關於它將應用於哪款車型的消息。生產可能會轉移到現有的汽車上，或者這種設計只適用於電動皮卡CyberTruck、電動卡車Semi或尚未有名字的2.5萬美元汽車？馬斯克沒有給出説明。
但他確實對新電池內部的化學成分給出了提示。這就是時間線變得更加模糊的地方，畢竟他討論了陽極和陰極的新化學成分，兩者都將開闢新的天地。
現代鋰離子電池的陽極是石墨，石墨的結構允許它容納充電過程中向陽極移動的鋰原子，但這就是它的全部功能。這意味着，電池體積和重量的很大一部分並不直接對能量儲存做出貢獻，而只是簡單地讓東西保持工作。如果你能在這方面節省些體積和重量，電池的能量密度就會增加。
特斯拉和其他製造商目前在石墨中添加了一點兒硅，因為這使得相同體積的陽極可以容納更多的鋰。一個明顯更好(也更便宜)的選擇是使用純硅。但是，雖然石墨允許鋰在不改變形狀的情況下進出，但硅在容納鋰時有個令人討厭的膨脹習慣。這會在硅內造成結構故障，隨着時間的推移性能降低，並且電池容器可能出現潛在危險故障。
關於鋰離子電池的替代陽極有很多研究，但還沒有完全推向市場。特斯拉聲稱已經設計了一種陽極，這種陽極含有導電的彈性聚合物中的微小硅顆粒。該公司説，這可以讓電池壽命變得更長，並確保硅陽極電池安全。
這種電池聲稱成本從石墨硅的每千瓦時10美元左右降至純硅的每千瓦時1美元左右。至於車輛續航里程，特斯拉聲稱提高了20%。但沒有描述其他性能。比如與目前的陽極相比壽命更長，所以目前還不清楚特斯拉是否準備將其放入電池中並在今天出售。
特斯拉也在陰極那面轉向不同的化學成分。是的，該公司採用了多元化學技術，這至少和具體的化學細節一樣值得注意。特斯拉現在想提供三種不同類型的鋰離子電池，從更經濟型到高端型都有。
特斯拉表示，該公司已經開發出兩種似乎不含鈷的新化學物質。這始於一種新的“高鎳”陰極化學，它依賴於“新的塗層和摻雜劑”來取代穩定存在的鈷。儘管報告沒有詳細説明，但巴格利諾一度將其稱為“百分之百鎳”的配方。這具有最高的能量密度，但也是成本最高的，並打算用於CyberTruck和Semi，這兩款車都需要額外的能量密度。
根據馬斯克的説法，稍微便宜點兒的是新的鎳錳陰極，兩種金屬的比例大約是2/3或1/3。言下之意是，這也是不含鈷的，但這一點特斯拉並沒有明確説明。這種化學物質在交易中大大降低了價格，以換取更高的能量密度。以8：1：1比例配置的鋰鎳錳鈷陰極已經存在，所以與減少錳的使用量相比，減少鈷堪稱是個飛躍，但我們也不知道特斯拉是如何做到的。
特斯拉的第三種化學物質是已知的鋰鐵磷酸(LFP)。這是這些組合中最便宜的，能量密度也最低。為了支持特斯拉在中國的運營，它與LFP電池製造商CATL達成了一項新的電池供應協議。今年早些時候，該公司獲得了政府批准，可以使用這種化學物質在中國生產Model 3。
考慮到所有其他的改進，特斯拉看起來可以很好地依賴這種化學物質，因為電池組的容量並不太受限制。這包括電網規模的Powerpack電池存儲安裝。但在演示幻燈片中，未來2.5萬美元的汽車也被歸入這一類別，暗示這種更便宜的化學物質可能有助於使較低里程的汽車降至更低價位。
乾燥
在成本方面，這些新的陽極和陰極的製造工藝也非常重要。鋰離子電池製造商使用所謂的“濕制工藝”（wet process）將原材料組合在一起，並將它們沉積在鋁箔上，以製造陽極或陰極板。粉末材料混合在水或其他溶劑中，塗在箔片上，然後在巨大的烤箱中烘乾。這些烘乾爐使用的能量佔電池生產總能量的很大份額。這一過程在工廠車間也佔有巨大空間。
因此，顯然，另一種選擇更有吸引力。這就是特斯拉2019年收購名為Maxwell Technologies的公司的用武之地。從那以後，傳聞稱該工廠始終處於超負荷運轉狀態，並猜測這家生產超級電容器的公司有特斯拉想要的東西。事實證明，製造陽極和陰極的乾燥工藝正是它想要的。
特斯拉降低電池成本的最後手段是，該公司希望其金屬供應商開始向其提供不同化學形式的材料。比方説，他們從一家鎳供應商那裏得到的是硫酸鎳，這需要一系列的化學處理來將鎳從硫酸鹽中分離出來，然後再處理所有的硫酸鹽。馬斯克聲稱，將金屬作為硫酸鹽出售是一種不必要的“遺留”做法，可以跳過，因為供應商提供的特斯拉鎳不需要化學預處理。這裏也有些空白需要填補，但特斯拉似乎將此作為其整體成本削減目標的一部分。
成本
特斯拉的總體目標是每千瓦時電池生產成本下降56%，同時車輛續航里程提高54%。鑑於分析師估計2019年市場價格為每千瓦時156美元，這將使特斯拉電池成本突破每千瓦時100美元的里程碑。當通用汽車在3月份的“投資者日”宣佈其新的電動汽車電池平台時，它承諾“在平台生命的早期”突破100美元。特斯拉似乎呈現了一個更快的時間表。
馬斯克説：“我們可能需要12到18個月的時間才能開始展示這些優勢。而要完全實現這些優勢，可能需要大約三年的時間。”特斯拉會在三年內實現這一目標嗎？該公司已經不止一次地錯過預定目標。當這些技術面世時，它們中有些看起來會不會有所不同呢？也許提供的模糊描述會讓人很難辨別。
但特斯拉肯定為電池生產設定了崇高的目標，即到2030年每年生產出太瓦時的電池存儲，增加100倍以上。這需要的不僅僅是擴大現有流程和匆忙建造更多的“巨型工廠”。該公司勾勒出的重大進步將使實現目標變得容易得多，但前提是所有多米諾骨牌都能如期出現和倒下。（騰訊科技審校/金鹿）