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(yōu)選擇。
圖：圓柱電池尺寸與性能變化
1.2. 核心創(chuàng)新
大電芯+全極耳+干電池技術(shù)
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(yōu)化了散熱性能、生產(chǎn)效率、充電速度，能量密度、循環(huán)性能有進(jìn)一步的提升空間。
2. 結(jié)構(gòu)改變
2.1. 全極耳
4680電池通過極耳結(jié)構(gòu)的改變，大幅提升了電池功率、優(yōu)化了散熱性能、生產(chǎn)效率、充電速度。
2.1.1. 全極耳結(jié)構(gòu)
極耳：從電芯中將正負(fù)極引出來的金屬導(dǎo)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(fù)極極耳，其流經(jīng)路徑與電池內(nèi)阻成正比，流經(jīng)寬度與電池內(nèi)阻成反比，而電池內(nèi)部損耗功率與內(nèi)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(tǒng)電池只有兩個極耳，分別連接正極與負(fù)極，而4680電池實現(xiàn)了全極耳（直接從正極/負(fù)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(jìn)而大幅提升了電池功率。
2.1.2. 全極耳優(yōu)勢
1、提升了輸出功率：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（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(tǒng)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(tǒng)圓柱電池的20%），增強(qiáng)了電池的熱穩(wěn)定性。
3、快充性能大幅提升：由于全極耳結(jié)構(gòu)，電子更容易在電池內(nèi)部移動，電流倍率提高，因此充放電速度更快。
4、提高生產(chǎn)效率：消除生產(chǎn)線添加極耳的流程和時間，節(jié)省設(shè)備空間，減少出現(xiàn)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(tài)不受控，容易發(fā)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(guī)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(xù)生產(chǎn)；
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(shù)要求較高：從點焊（傳統(tǒng)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(qiáng)度和焦距不容易控制，易焊穿燒到電芯內(nèi)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(jī)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?yōu)檫B續(xù)激光器，整體造價增加。
2.2. 大電芯
2.2.1. 性能表現(xiàn)
4680電池較之前2170電池在直徑和高度上具有提升，直徑從21mm變?yōu)?6mm，高度從70mm變?yōu)?0mm，電芯厚度增加，曲率降低，空心部分更大。
2.2.2. 尺寸變大優(yōu)勢
1、降低電池成本：降低殼體在單位電池容量上的占比，結(jié)構(gòu)件和焊接數(shù)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(shù)量減少，金屬外殼占比減少，正極、負(fù)極等材料占比增加，能量密度提高。
3、bms系統(tǒng)更加省心：電池組中電池數(shù)量減少，對于電池的監(jiān)測和狀態(tài)分析更為簡單。
4、結(jié)構(gòu)強(qiáng)度增加，與CTC技術(shù)完美結(jié)合：4680尺寸更大結(jié)構(gòu)強(qiáng)度更高，其作為結(jié)構(gòu)電池成為車結(jié)構(gòu)的一部分，既提供能源，也用作結(jié)構(gòu)起支撐作用，節(jié)省了空間也減少了重量（10%），因此提升了續(xù)航里程（14%）。
2.2.3. 尺寸變大劣勢
增加發(fā)熱量：電池尺寸越大，發(fā)熱越多，散熱越難，因此熱量控制更困難，電池爆炸產(chǎn)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(shù)進(jìn)行了熱穩(wěn)定性能的突破。
2.2.4. 實際性能表現(xiàn)
隨著電池尺寸增大，電池組中電池數(shù)量減少，金屬外殼占比減少，正極、負(fù)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(xù)航里程的提升（16%）主要來自CTC技術(shù)（14%），隨著材料體系的不斷升級，電池能量密度有進(jìn)一步提升空間。
3. 干電池技術(shù)
干電極技術(shù)可同時用在正負(fù)極上。
3.1. 傳統(tǒng)濕法工藝
需要將材料放置溶液中，再進(jìn)行干燥和壓成膜：使用有粘合劑材料的溶劑，其中NMP（N-甲基吡咯烷酮）是其中一種常見溶劑，將具有粘合劑的溶劑與負(fù)極或正極粉末混合后，將漿料涂在電極集電體上并干燥，其中溶劑有毒需回收，進(jìn)行純化和再利用，中間需要巨大、昂貴且復(fù)雜的電極涂覆機(jī)器。
3.2. 干電池工藝
干電極工藝徹底跳過加入溶液步驟，可省略繁復(fù)的涂覆，烘干等工藝，大幅簡化生產(chǎn)流程：將活躍的正負(fù)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(fù)極片。
圖：Tesla干電池工藝展示
3.3. 干電池優(yōu)勢
1、工藝簡單，節(jié)省成本：不采用溶劑，省去了昂貴的涂覆機(jī)。
2、提升生產(chǎn)效率：干電極技術(shù)使生產(chǎn)速度提升至以前的七倍。
3、增加電池能量密度：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)容量損失問題，干電池技術(shù)會大大改善這種問題，從而提升電池能量密度。同時增加正極材料厚度，從55μm提升至60μm 提升活躍電極材料比，使能量密度提升5%同時，保證功率密度。
3.4. 干電池工藝難點
目前工藝不成熟，電池要做厚，圓柱要卷起來，容易開裂。
4680電池核心創(chuàng)新工藝為：大電芯+全極耳+干電池技術(shù)，增強(qiáng)了電池功率與安全性，提升了生產(chǎn)效率、快充性能，降低了電池成本，能量密度、循環(huán)性能有進(jìn)一步的提升空間。目前技術(shù)難點在于全極耳的制作和焊接、干電極工藝。4680電池率先應(yīng)用于高鎳體系，預(yù)計22年上半年特斯拉及松下開始量產(chǎn)，將帶動高鎳正極+硅碳負(fù)極+碳納米管導(dǎo)電劑+大圓柱結(jié)構(gòu)件+新型鋰鹽需求，對應(yīng)龍頭將受益；國內(nèi)大圓柱電池億緯布局領(lǐng)先，擬投20gwh產(chǎn)能，預(yù)計將于23年放量。
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