一、什么是4680電池?

4680電池為圓柱型，直徑為4.6cm、長(zhǎng)度為8.0cm。4680電池與主流方形電池不同。特斯拉4680電池目前采用的是三元鋰電池技術(shù)路線，不排除后續(xù)會(huì)推出磷酸鐵鋰電池，4680電池直徑是現(xiàn)行產(chǎn)品搭載于特斯拉Model3等車(chē)型的21700電池的2倍以上，且電池容量擴(kuò)大至約5倍;內(nèi)部還采用了無(wú)極耳設(shè)計(jì)，有助于降低內(nèi)阻，減少發(fā)熱，從而為車(chē)輛帶來(lái)更優(yōu)秀的能耗表現(xiàn)以及充電性能。新的電池包采用無(wú)模組設(shè)計(jì)，大約有960個(gè)(40x24)電池組成，相比上千個(gè)21700電池組成的電池包要少很多，因?yàn)?680電池的能量密度提升了5倍，達(dá)到了300Wh/kg，2010年起，松下開(kāi)始量產(chǎn)18650型原型電池，用于車(chē)載動(dòng)力電池，供應(yīng)特斯拉;2016年量產(chǎn)21700圓柱電池。2022年松下將量產(chǎn)4680圓柱電池，有消息稱(chēng)，該電池最快將于3月底搭載在特斯拉全新ModelY車(chē)型上。

二、4680電池與主流電池有什么不同?

4680電池在負(fù)極材料上與主流電池也有所不同，主流以石墨為主，4680電池使用的是硅基負(fù)極，該材料特性是比容量高，但存在硅易體積膨脹、導(dǎo)電性差、首次充放電損耗大等問(wèn)題。為了在能量密度和穩(wěn)定性之間找到平衡點(diǎn)，目前的做法是將硅和石墨混合使用。

4680在工藝上，正負(fù)極添加了PVDF涂層，采用更多的鋁箔和銅箔來(lái)保護(hù)電極材料，導(dǎo)電性更靈敏。而無(wú)極耳設(shè)計(jì)，把原來(lái)正極負(fù)極連接處的膠減掉了，降本增效，焊接上采用激光技術(shù)。

三、4680電池有什么優(yōu)點(diǎn)和缺點(diǎn)?

4680電池的優(yōu)點(diǎn)：

1、提升續(xù)航里程，提升能量密度

(1)、正負(fù)極材料優(yōu)化提升能量密度，采用硅碳負(fù)極技術(shù)，石墨負(fù)極理論最大電池容量372Wh/kg，硅負(fù)極理論最大電池容量可達(dá)4200Wh/kg。負(fù)極摻雜一定量的硅材料就可以提升負(fù)極的能量密度。

(2)、第一次采用干電極技術(shù)，增加電池能量密度，濕電極技術(shù)在有溶劑的情況下，鋰與混有鋰金屬的碳不能很好的彼此融合，有第一次循環(huán)容量損失問(wèn)題，干電池技術(shù)會(huì)大大改善這種問(wèn)題，從而提升電池能量密度。4680電池同時(shí)增加了正極材料厚度，從55μm提升至60μm，進(jìn)一步提升活躍電極材料比，使能量密度提升5%同時(shí)，保證功率密度。

(3)、封裝帶來(lái)系統(tǒng)能量密度提升，4680電池尺寸增大，電池組中單個(gè)電池?cái)?shù)量相應(yīng)減少，所需金屬外殼占比減少，電池系統(tǒng)中正極、負(fù)極等材料占比增加，可以提高系統(tǒng)能量密度。

2、降低成本

(1)、降低結(jié)構(gòu)成本，電池組中電池?cái)?shù)量減少，所需金屬外殼占比減少，能夠降低結(jié)構(gòu)成本。

(2)、降低制造成本，4680電池成本比2170成本低17%。干電極工藝簡(jiǎn)單，由于不采用溶劑，省去了昂貴的涂覆機(jī)。在正負(fù)極片制備中，將活躍的正負(fù)極顆粒與聚四氟乙烯(PTFE)混合使其纖維化成粉末，再搟磨成薄膜壓到鋁箔或者銅箔上，制備過(guò)程徹底跳過(guò)加入溶液步驟，可省略繁復(fù)的涂覆，烘干等工藝，大幅簡(jiǎn)化生產(chǎn)流程，生產(chǎn)速度也提升至以前的七倍，大幅提升生產(chǎn)效率。

3、有利于開(kāi)發(fā)CTC(cell to chassis)底盤(pán)

4680采用大尺寸電池殼體，電池的機(jī)械機(jī)構(gòu)強(qiáng)度更大，而電池組中數(shù)量更少、強(qiáng)度更大、安全性更高的單位電池可以與底盤(pán)一體化制造，減免后期維護(hù)，更有利于整車(chē)設(shè)計(jì)中的底盤(pán)布置方案。

4、提升安全性

圓柱電池與片狀電池不同，其散熱為軸向居多，熱量從極耳處散出。傳統(tǒng)圓柱電池如2170只有兩個(gè)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(發(fā)熱量只有傳統(tǒng)圓柱電池的20%)，增強(qiáng)了電池的熱穩(wěn)定性。

5、降低熱管理難度

(1)、BMS(電池管理)系統(tǒng)可以更簡(jiǎn)便，電池組中單個(gè)電池?cái)?shù)量減少，對(duì)電池SOC(電量)的檢測(cè)及平衡更簡(jiǎn)單。

(2)、降低熱管理難度，更小的電池發(fā)熱量，更少的電池?cái)?shù)量，可以降低熱管理系統(tǒng)的散熱功率，采用更精簡(jiǎn)的系統(tǒng)，降低匹配難度。理論上也可以降低熱管理系統(tǒng)的成本。

6、提升充電功率

全極耳技術(shù)提升了輸出功率：由于電池電流通路變寬，且內(nèi)阻大幅減少，內(nèi)部損耗隨之降低，進(jìn)而大幅提升了電池功率(電池功率是2170電池的6倍)。

4680電池缺點(diǎn)：

1、缺點(diǎn)是無(wú)法確定是否會(huì)出現(xiàn)電池內(nèi)部散熱難度增大、電芯膨脹、導(dǎo)致電池壽命縮短的問(wèn)題。

2、4680電池的優(yōu)勢(shì)多多，但在生產(chǎn)方面依然有如下難點(diǎn)，一是極耳焊接技術(shù)的難度大，高良率控制有門(mén)檻。二是干電極工藝難度有門(mén)檻。