大圆柱4680电池技术详解！

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特斯拉在超级电池日上发布第三代 4680 电芯。46mm 是在遍历所有关键指标，发现成本最小的电池外径。4680 在采用无极耳、硅碳负极等新材料与新技术下，能量提升 5 倍，输出功率提升 6 倍；同时可以让电动车续航提升 54%，每千瓦时电池价格下降 56%，生产成本降低 69%。

   

4680无极耳技术

极耳的作用是将电子从正负极的极片中引导出来，即电池正负极在充放电时的接触点。极耳分为三种材料：电池的正极使用铝（Al）材料、负极使用镍（Ni）材料和铜镀镍（Ni-Cu）材料。

   

电子在电池内部运动过程中，需横穿整个电芯，到达极耳，因此随电池尺寸增加，路径变长，电阻增大。在大电流充电条件下，极片会产生大量热量。特斯拉经过测算，随电池尺寸增加，传统极耳电池的快充时间将明显增长。

   

特斯拉 4680 推出无极耳技术（全极耳技术）。通过在电极端镀上导电材料，使正负极集流体可以直接与盖板、壳体连接，实现电流在电极集流体、盖板、壳体之间传导，大大减少了电子的传输路径。

   

无极耳优势 1：减小电阻。根据公式：𝑅 = 𝜌*(L/A)，电路的电阻与材料的长度成正比，与横截面积呈反比。因此，无极耳技术下的电池内阻横截面积增大，电流传导面积增大，电流传导距离缩短，可降低内阻近 10 倍。

注：传统 18650 电池卷绕长度是 800mm，极耳从集流体上把电导出来长度为 800mm，相当于电流传导距离为 800mm，电阻约 20mΩ；4680 全极耳电池把整个集流体作为极耳，电流从沿极耳到集流盘的横向传输变为集流体纵向传输，整个导电距离由 800～1000mm 变成了 80mm（约电池高度），电阻降至 2mΩ，电阻减小了近 10 倍。

图6 全极耳技术减少传导距离

   

4680干电极技术

• 湿法工艺包括混料、涂布、烘干、NMP 回收、辊压的流程。
• 干法工艺通过将正负极颗粒与聚四氟乙烯混合，使其纤维化，直接将粉末薄膜压制在铝箔或铜箔上，制备电极片，省去了繁琐的涂布、烘干、回收流程。

   

• 增效降本：干法电极制备流程简化，生产速度提升至原本的 7 倍。也避免了涂布、回收过程所需的复杂设备成本。

• 能量密度提升：干电极具备更高的压实密度，且负极材料融合好，便于负极补锂。目前，干电极能量密度超过 300Wh/kg，提升了 5%，远期有望达 500Wh/kg。 

• 适配高镍、掺硅电池体系：动力电池逐渐向高镍掺硅发展，干电极可以减少湿度对高镍正极的影响，对硅基负极的膨胀也有更强承受力。

• 延长使用寿命：由于避免了粘结剂的使用，电池使用寿命明显延长。

大圆柱大势所趋，46800 全方位领先 21700    

• 重量/体积：21700 圆柱重量68.64g、体积 24.25cc；4680 大圆柱重量352.44g，体积 132.95cc。
• 电池能量：21700 圆柱电池能量约 18.12 Wh，4680 圆柱电池能量约为 100Wh。 
• 能量密度：21700 重量能量密度与体积能量密度 263.93 Wh/kg 和 747.05 Wh/L，4680 大圆柱能量重量密度与能量体积密度分别为 282.36 Wh/kg 和 752.15 Wh/L。

   

圆柱电池的使用瓶颈主要为精确的 BMS 系统。以 ModelY 高续航为例，一辆 ModelY 需要 21700 圆柱电池约 4416 颗，4680 大圆柱电池的单电芯带电量约为 100 Wh，同样的一辆 ModelY 需要的大圆柱电芯数量为800 颗，4680 大圆柱电池大幅减少电池数量，降低 BMS 管理难度。

特斯拉 4680 电池从多个方面降低单 KWh 电池成本：电芯设计、电芯生产、正负极材料、整车制造等。按照特斯拉的目标，汽车层面将实现 54%续航里程的提升，电池单 KWh 成本减少 56%，投资成本层面，每 GWh 可以实现减少投资69%。

其他企业先后跟进布局大圆柱    

• 宝马宣布将从 2025 年起率先在“新世代”车型中使用圆柱电芯，且向宁德时代和亿纬锂能授予了价值超过百亿欧元的电芯生产需求合同。远景动力将从 2026 年起为宝马新一代车型提供圆柱电池。
• 蔚来计划在合肥建设第一座电池工厂，生产类似于特斯拉的大圆柱电池，规划产能 40GWh，可用于 40 万辆电动车。
• 松下于 2021 年 10 月开发 4680 大圆柱电池，随后在日本歌山工厂投资800 亿日元建造两条 4680 新生产线，产能约为 10GWh，预计可供 15 万辆新能源车使用。 
• LG 新能源于 2022 年 6 月宣布在韩国忠州工厂新设 4680 电池生产线，为特斯拉供货，产能预计达 9GWh，正式投产时间为 2023 年下半年。
• 三星 SDI 已在韩国天安建立了一条 4680 电池测试产线，若测试顺利，计划明年在马来西亚建设 4680 电池量产线，规划产能 8-12GWh，为特斯拉供货。
• 亿纬锂能规划 61GWh+的大圆柱产能。22 年 3 月，其宣布将在匈牙利建圆柱电池工厂，为宝马供应圆柱电池；8 月，首件搭载 46 系列大圆柱电池的系统产品成功下线。预计 23 年形成 20GWh，客户包括宝马和大运。截至 23 年 11 月，公司已取得未来 5 年合计 486GWh 的 46 系列大圆柱订单。
• 比克于 23 年 1 月 28 日宣布与江苏省常州市签订战略合作协议，将斥资 130 亿元在常州建设其大圆柱电池产线，建成后产能将达到 30GWh。车端，除特斯拉、宝马、蔚来外，保时捷、奔驰、大众、美国造车新势力Lucid 和 Rivian、小鹏、一汽、江淮、东风岚图等一众乘用车企也相继将目光投向大圆柱电池。其中，保时捷曾透露更倾向于选择圆柱电池；大众将考虑从 2025年开始使用圆柱电池；江淮和比克联合开发包括 4680 型号的圆柱电池及电池组。