在生产Model S时，特斯拉将目光投向了三元锂电池。这种电池在动力电池领域通常有两种：NCA811（镍钴铝锂电池）或NCM811（镍钴锰锂电池），811代表三种材料的比例。特斯拉使用的是前者。

三元锂电池的好处在于，它的阴极由三种材料构成，能达到比单一材料更高的能量密度。以NCA811电池来说，能量密度能达到250Wh/kg。而特斯拉在Roadster上使用的18650钴酸锂电池能量密度为211Wh/kg。

由于锂电池的阳极石墨的锂离子容量远超阴极，因此提升能量密度主要在阴极下功夫。在三元锂电池里，提升钴和镍的比例，都能提高热稳定性和能量密度。这也是全球改进电池的主要方法。据Visual Capitalist统计，在2020年全球约75%的电池都含有一定量的钴。

但钴的问题在于，它太贵了。镍在全球分布广泛，地壳含量仅次于氧硅铝铁镁。而钴的全球60%产量都来自刚果，这一地区深陷武装冲突、雇佣童工等问题，供给增速远低于需求增速。在2015年前的二十年里，钴的价格已经飙升6倍，从2万美元/吨翻到12万美元/吨。

钴的价格随年份飙升

在NCA电池里，钴含量5%（NCM则为10%）。这使得Model S能继续降低电池成本，大约为240美元/kWh。

当然，NCA电池的阴极比NCM更不稳定，在250-300摄氏度便会分解；而电动车收到撞击时，电池隔膜破裂造成短路，很容易能让电池温度超过300摄氏度。这对特斯拉的电池管理和散热提出了更高考验。但在占全车成本40%的电池面前，价格才是首要问题。

与中国的宁德时代一样，松下乘上了特斯拉快车，产能也一路高歌猛进。2013年10月，松下与特斯拉签订协议，将为Model S在未来四年供应18亿颗电芯。2014年9月，双方宣布将在内华达州建设锂离子电池工厂Gigafactory 1。

松下执行副总裁山田佳彦曾表示，“今天的电池产能是以前的三倍，为什么？这是特斯拉和松下员工一起工作的结果。”松下的客户结构极为单一，主要客户是特斯拉，其次是丰田，用山田佳彦的话说，双方关系是“密切而独特的”。

然而松下的产能逐渐开始拖累特斯拉。2019年4月13日，马斯克发推文表示“超级工厂的电芯产能只有24GWh，从7月份开始一直限制Model 3的产能，在产能到达35GWh之前，特斯拉不会再投钱进去。”

对比鲜明的是，松下为了跟上Model 3的量产步伐，一直在投入Gigafactory 1，在2018年底发布的半年报显示，电池业务已经出现两个季度的亏损。2019年，日经又传出双方计划在2020年提升工厂产能从35GWh到54GWh的计划泡汤。

2019年8月，有媒体发现特斯拉打算与LG化学合作，采购更多电池用于在中国投产的电动车。2019年12月，中国工信部发布《新能源汽车推广应用推荐车型目录》，显示国产Model 3有两种型号电池，分别使用松下和LG化学的电芯，NEDC续航里程（接近实际路况）分别为445公里和455公里，能量密度分别为145Wh/kg和153Wh/kg。

而在此前9月，松下社长津贺一宏刚向媒体吐过苦水：“埃隆多次要求降低采购价格，有一次我回应他，如果再这样下去，我们要考虑撤走超级工厂的全部松下员工和设备。”被问及是否后悔投资特斯拉超级工厂，他回答道“是的，当然”。

特斯拉的移情别恋还未结束。2020年2月3日，宁德时代，作为中国动力电池装机量50%以上的龙头，宣布将向特斯拉提供锂离子电池。这是一种磷酸铁锂（LiFePO4）电池，虽然无钴但能量密度较低，依靠CTP（Cell to Pack，指电芯直接整合进电池包）技术才能达到160Wh/kg能量密度，并且在低温表现也逊于NCA。

但它的好处是便宜，据中国化学与物理电源行业协会数据，电池价格能降低到0.7元/Wh以下，而三元锂电池通常在0.9元/Wh。据东方证券分析师表示，以50kWh车型为例，从三元锂电池改用磷酸铁锂电池，补贴虽减少约2000元，但电池成本可降低1.2万元。

值得注意的是，人们常说的“无钴电池”是指在三元锂电池中降低钴用量，而非使用能量密度更低的磷酸铁锂电池。在国产Model 3上使用磷酸铁锂电池，可能是特斯拉为降低售价所采用的权宜之计。

要做“自己命运的主人”

2月21日，特斯拉在官方帐号上表示：“无钴，不代表一定是磷酸铁锂。”并表示在四月将举行电池发布会。特斯拉很可能将宣布自己的无钴电池进展。

据平安证券预计，特斯拉有望采用高镍正极+硅碳负极（掺锂）+干电极+超级电容的技术组合。

这种判断十分符合行业认知。高镍正极能提高能量密度，但会降低热稳定性，而干电极能解决这一问题。掺硅的负极能提高锂离子容量，保证负极不成为瓶颈。超级电容则能回收车辆启停浪费的能源。

在过去几年里，特斯拉已经为这一刻做好了准备：

2019年收购超级电容生产商Maxwell，其核心技术是超级电容器和干电极。 其中，超级电容器可以回收电动车加速、减速、启停浪费的能源，与作为主动力的锂电池搭配使用。（如果类比数据存储，锂电池相当于硬盘，超级电容器相当于内存。）在2017年Maxwell已经申请了混合动力平台的超级电容+锂电池的方案专利。 干电极技术是指，在制作电极时直接将粘合剂和正极粉末混合，挤压成电极材料片，然后压到金属箔上。它能克服三元锂电池的高镍电极热稳定性差等问题，使电池能量密度能大于300Wh/kg，并有实现500Wh/kg的可行路径。

2019年收购锂电池设备制造商Hibar。这是电池制造设备领域首屈一指的公司，以精密计量泵、注液系统及电池制造系统而闻名。

2020年，据Electrek报道，特斯拉正在弗里蒙特建造一条电池生产线试点，计划用自己的设备来生产电池。此前2019年6月，特斯拉在弗里蒙特的名为“Skunkworks Lab”的电池设计和生产实验室曝光。

2020年，有分析者猜测特斯拉收购了SilLion。这家公司为商用圆柱形电池研发硅阳极、高镍NCM阴极和不易燃的离子电解质。这是为数不多能提高阳极性能的专利。相比石墨阳极每6个碳原子储存1个锂离子，硅阳极每个硅原子能储存4.4个锂离子。

值得一提的是，特斯拉可能在自研电池上探索NCM路线。2016年特斯拉从3M挖来电池研究伙伴Jeff Dahn，对方正是NCM电池专家，曾在2017年演示过一项技术：提高NCM电池的某种成分，能让电池在车辆行驶48万公里后仍有出厂容量的95%。2019年9月，他在论文中描述了一种电池，能在电动汽车上使用超过160万公里。特斯拉最近收购的SilLion，专利也在NCM领域。最近国产Model 3更是用上了LG化学的NCM电池。

在2019年股东大会上，特斯拉元老J. B.斯特劳贝尔（曾担任特斯拉电池专家和CTO）说过：“我们需要大规模的电池生产解决方案。”特斯拉技术副总裁德鲁·巴格利诺则补充说：“希望特斯拉能在电池领域成为‘自己命运的主人’（master of their own destiny）”。可以想见，特斯拉亲自杀进动力电池领域已经不遥远了。