4680電池資料——電池技術升級

1. 簡介

1.1. 定義

4680電池為特斯拉推出的直徑為46mm，高度為80mm的新一代圓柱電池。

圖：4680電池展示圖

對于電池來講，能量密度提升時，功率密度會下降，直徑46mm是圓柱電池兼顧高能量密度和高功率密度的最優選擇。

圖：圓柱電池尺寸與性能變化

1.2.  核心創新

大電芯+全極耳+干電池技術

1.3.  性能突破

4680電池大幅提升了電池功率（6倍于2170電池），降低了電池成本（14%于2170電池），優化了散熱性能、生產效率、充電速度，能量密度、循環性能有進一步的提升空間。

2. 結構改變

2.1. 全極耳

4680電池通過極耳結構的改變，大幅提升了電池功率、優化了散熱性能、生產效率、充電速度。

2.1.1. 全極耳結構

極耳：從電芯中將正負極引出來的金屬導電體，是電池充放電時的接觸點。在電池工作中，電子從正極極耳流向負極極耳，其流經路徑與電池內阻成正比，流經寬度與電池內阻成反比，而電池內部損耗功率與內阻的平方成正比，因此極耳接觸面積越大，極耳間距越短，電池輸出功率越高。

傳統電池只有兩個極耳，分別連接正極與負極，而4680電池實現了全極耳（直接從正極/負極上剪出極耳），從而大大增加了電流通路，并縮短了極耳間距，進而大幅提升了電池功率。

2.1.2. 全極耳優勢

1、提升了輸出功率：電池電流通路變寬，且內阻大幅減少，內部損耗隨之降低，進而大幅提升了電池功率（6倍于2170電池）。

2、提升安全性：圓柱電池與片狀電池不同，其散熱為軸向居多，熱量從極耳出散出。傳統圓柱電池如2170只有兩個極耳，熱量傳輸通道窄，因此散熱效果不好。4680電池極耳面積大大增加，熱量傳輸通道寬闊，大大改善了散熱效果（只有傳統圓柱電池的20%），增強了電池的熱穩定性。

3、快充性能大幅提升：由于全極耳結構，電子更容易在電池內部移動，電流倍率提高，因此充放電速度更快。

4、提高生產效率：消除生產線添加極耳的流程和時間，節省設備空間，減少出現制造缺陷的可能。

2.1.3. 全極耳工藝難點

1、全極耳制作中，極耳的收集問題：通俗的理解就是把極耳折在一起的工藝，目前有揉壓極耳、切跌極耳、多極耳三種：

1）揉壓極耳的極耳形態不受控，容易發生短路，制造時兩段封閉，電解液滲入阻礙大；

2）切跌極耳（Tesla）斜切成片卷起，比無規則擠壓好一些，占空間較小，但表面起伏度較大，制造時兩段仍封閉，注液不能連續生產；

3）多極耳很難折疊整齊，極耳位置誤差在外圈易被放大。

2、全極耳與集流盤或殼體連接中，對激光焊接技術要求較高：從點焊（傳統兩個極耳）到面焊（4680電池全極耳），焊接工序和焊接量都變多，激光強度和焦距不容易控制，易焊穿燒到電芯內部或者沒有焊，目前電池良率較低（80%）。

圖 Tesla切跌極耳成品

2.1.4. 全極耳帶來的機遇

從以往2170電池的脈沖激光器點焊，到目前4680電池線或激光點陣，激光焊接工藝提升，可能會從原來的脈沖激光器變為連續激光器，整體造價增加。

2.2. 大電芯

2.2.1. 性能表現

4680電池較之前2170電池在直徑和高度上具有提升，直徑從27mm變為46mm，高度從70mm變為80mm，電芯厚度增加，曲率降低，空心部分更大。

2.2.2. 尺寸變大優勢

1、降低電池成本：降低殼體在單位電池容量上的占比，結構件和焊接數量也顯著減少（成本相比2170電池降低14%）。

2、提升能力密度：隨著電池尺寸增大，電池組中電池數量減少，金屬外殼占比減少，正極、負極等材料占比增加，能量密度提高。

3、bms系統更加省心：電池組中電池數量減少，對于電池的監測和狀態分析更為簡單。

4、結構強度增加，與CTC技術完美結合：4680尺寸更大結構強度更高，其作為結構電池成為車結構的一部分，既提供能源，也用作結構起支撐作用，節省了空間也減少了重量（10%），因此提升了續航里程（14%）。

2.2.3. 尺寸變大劣勢

增加發熱量：電池尺寸越大，發熱越多，散熱越難，因此熱量控制更困難，電池爆炸產生的威力越大，為之前電池廠商想增加電池尺寸的最大瓶頸，Tesla通過全極耳技術進行了熱穩定性能的突破。

2.2.4. 實際性能表現

隨著電池尺寸增大，電池組中電池數量減少，金屬外殼占比減少，正極、負極等材料占比增加，能量密度提高。與2170電池相比，4680電池能量方面提高了5倍，目前續航里程的提升（16%）主要來自CTC技術（14%），隨著材料體系的不斷升級，電池能量密度有進一步提升空間。

3. 干電池技術

干電極工藝徹底跳過加入溶液步驟，可省略繁復的涂覆，烘干等工藝，大幅簡化生產流程：將活躍的正負極顆粒與聚四氟乙烯（PTFE）混合，使其纖維化，直接用粉末搟磨成薄膜壓到鋁箔或者銅箔上，制備出正負極片。

圖：Tesla干電池工藝展示

3.3. 干電池優勢

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