第三代tesla 4680電芯（前兩位數(shù)字代表直徑46mm，后兩位數(shù)字表示高度80mm）是21700電芯直徑的兩倍多，容量是21700電池的5倍，電池壽命得到提高。大圓筒的優(yōu)勢體現(xiàn)在高性價比、高安全性和快速充電性能的潛力，有望在未來取代一些軟包和方型電池。

 

特斯拉4680電池性能得到改善

 

單元格設計

只有外形因素發(fā)生了變化，特斯拉4680電池每千瓦時的成本比2170電池低14%。單個電池的功率隨著體積的增加而增加到5.48倍，外殼材料的增加不到3倍。更少的單元減少了組裝時間，提高了團隊效率，并進一步帶來了成本優(yōu)勢。只有外部尺寸發(fā)生變化，能量密度才能增加10%；當更換硅碳負極時，能量密度可以提高20%，達到300wh/kg以上。

 

生產(chǎn)流程

隨著生產(chǎn)流程的簡化、生產(chǎn)線效率的提高和工藝的改進，成本將降低18%。特斯拉的設計從電極涂覆、纏繞、組裝、化學成型等環(huán)節(jié)入手，提高生產(chǎn)效率。總體而言，大型圓柱形電池可以實現(xiàn)連續(xù)不間斷的生產(chǎn)。

制造工藝少于軟包和方形鋁殼（對于大圓柱體大約10個工藝）。生產(chǎn)線時間短（大型圓柱形約7天，方形和軟包分別約10天和12天），提高了周轉率，降低了庫存率。

 

 

4680電池制造工藝

 

涂層工藝

干電極技術生產(chǎn)設備占地面積減少90%，能耗降低90%，成本降低10%-20%。濕法包括將粉末和溶劑混合，將其涂抹在箔上，將其放入干燥爐中干燥，然后回收溶劑。干法工藝節(jié)省了溶劑環(huán)節(jié)，但均勻性和附著力更難控制。涂層工藝仍處于研發(fā)階段。

 

全極耳

由于這些標簽，電池生產(chǎn)需要不斷地啟動和停止。tesla 4680電池全是極耳，纏繞工藝可以實現(xiàn)連續(xù)高速不間斷生產(chǎn)，達到300ppm的高速制造，而方形鋁殼一般只有10-20ppm。

 

裝配

通過連續(xù)流裝配提高效率。特斯拉設計了一條產(chǎn)能為20GWh的生產(chǎn)線，每條生產(chǎn)線的產(chǎn)量增加了七倍。這一過程減少了不必要的運輸環(huán)節(jié)。

 

組成

通過提高成型效率，成型投資成本降低86%，占地面積減少75%。形成是指對電池進行充電和放電，并測試電池的質量，通常是對單電池進行充電或放電。

 

另一方面，特斯拉同時對數(shù)千個電池進行充電和放電，顯著提高了化學設備的成本效益和密度。

 

車輛集成

Model 3的遠程電池組由4個串聯(lián)模塊組成。大模塊（黃色）包含25個串聯(lián)的電池塊，小模塊（綠色）包含23個串聯(lián)的蓄電池塊。

 

 

每個電池塊由462170個并聯(lián)的電池組成，這是一個組成部分，總共4416個電池。特斯拉4680電池采用CTC技術，無模塊組裝，集成壓鑄技術，可節(jié)省370個零件，車身重量減少10%，電池單位成本降低7%。特斯拉4680電池面積模塊的比例有所提高。電池總容量增加15.9%，電池壽命增加16%，系統(tǒng)能量密度增加25%。

 

4680熱管理升級

目前，動力電池采用大量小容量電池串并聯(lián)分組，以滿足高能量的要求。近年來發(fā)生的動力電池事故都是由電池組中的電池熱管理系統(tǒng)引起的，該系統(tǒng)產(chǎn)生大量熱量，導致周圍的電池單元被加熱，從而導致熱失控蔓延。因此，導致電池組熱失控的核心因素有三個：單體電池釋放的能量、周圍電池的隔熱能力和單位散熱能力。

圓柱形單體的能量較低，單體釋放的能量較小，與方形軟包裝相比不容易引起熱擴散。從單體級別來看，安全順序為：小圓筒>大圓筒>軟包裝>方形。就尺寸而言，特斯拉4680電池的電流比是一個完美的臨界點。它的高度可能會繼續(xù)變大，但直徑越大，散熱就會成為一個問題。

圓柱形電池的隔熱能力更強。與方形電池和軟包電池單元之間的緊密連接相比，tesla 4680電池的圓柱形弧形表面可以在一定程度上限制電池之間的熱傳遞。

 

 

4680電池采用頂部水冷和側面水冷相結合的方式。頂部采用完整的水冷板，側面采用導熱泡沫進行導熱，在氣缸原有側水冷的基礎上進一步提高了冷卻效率。4680電池每千瓦時的水冷面積是方形電池的1.64倍，是軟電池的1.53倍。

無電極耳進一步提高散熱性能。tesla 4680電池采用了全極/無極接線片方案，即去除了從每層引出和連接的金屬接線片，電池的兩端直接改為導電材料，從而可以直接傳輸電流。

當電池變大時，電流路徑變短。從250毫米減少到50毫米，電流傳導面積更大，阻抗大大降低，使大電流充放電的溫升更小。4680大大增加了電池單元的散熱面積，傳熱更加均勻，對安全性更敏感的三元材料更具吸引力。

 

特斯拉4680電池引領技術變革

三元4680電池降低成本后，成本與鐵鋰差不多，安全性也有所提高。特斯拉4680電池的單次容量約為24Ah，小于典型方形電池的100-300Ah。單次熱失控的影響較小，泄壓方向可控。

疊加的全極點設計使三元4680呈圓柱形，發(fā)熱量低，熱管理困難。低的4680圓柱形單元的群效率（約70%）低于方形殼單元的群效（>80%）。高鎳正極材料和硅碳負極材料可以大大提高電池和系統(tǒng)的能量密度。

 

 

4680電池尺寸更大，通常使用高精度、低成本、更長長度的鋼制電池殼。生產(chǎn)過程需要克服以下主要困難：尺寸一致性應該很高。外殼是精密結構件，對尺寸公差敏感，電池級別要求百級精度要求；熱擴散要求很高。鋼需要滿足熱擴散的要求。與鋁相比，鋼的硬度更高，延展性較差，因此無法直接使用罐頭的工藝參數(shù)制造；電池的高度可能會繼續(xù)增加。

從電池過電流和發(fā)熱的角度來看，電池的高度可能會進一步增加，并且外殼工藝需要與長電池外殼兼容。高效生產(chǎn)是tesla4680電池外殼水平?jīng)_壓領域的關鍵要素。4680電池使用CTC工藝具有固有的優(yōu)點。首先，CTC對電池的結構強度有一定的要求。電池本身必須承受相當大的機械強度。與18650和21700相比，4680具有更高的結構強度，外殼通常由不銹鋼制成。這里有一篇關于4680電池與18650電池的文章，讓你清楚地了解它們的比較。

其次，與方形外殼電池相比，圓柱形電池的布局將更加靈活，可以適應各種底盤。結合所有極片的高能量密度和高充放電功率的優(yōu)勢，在HEV和PHEV領域的未來潛力也很大。