1.简介。将4680电池定义为新一代直径为46mm、高度为80mm的特斯拉圆柱形电池。图片：4680电池展示图。

对于电池来说，当能量密度增加时，功率密度会下降，直径46mm是圆柱形电池考虑高能量密度和高功率密度的最佳选择。图:圆柱形电池尺寸和性能的变化。

大电池+全极耳+干电池技术的核心创新。

.性能突破4680电池，大大提高了电池功率(6倍于2170电池)，降低了电池成本(14%于2170电池)，优化了散热性能、生产效率和充电速度，进一步提高了能量密度和循环性能。2.结构变化。通过极耳结构的变化，全极耳4680电池大大提高了电池功率，优化了散热性能、生产效率和充电速度。2.全极耳结构极耳：从电池中引出正负极的金属导电体是电池充放电时的接触点。在电池工作中，电子从正极耳流向负极耳，其流经路径与电池内阻成正比，流经宽度与电池内阻成正比，电池内损耗功率与内阻平方成正比。因此，极耳接触面积越大，极耳间距越短，电池输出功率越高。传统电池只有两个极耳连接正极和负极，而4680电池实现了全极耳(直接从正极/负极上剪出极耳)，大大增加了电流通路，缩短了极耳间距，大大提高了电池功率。2.全极耳优势。

1.输出功率增加:电池电流通路变宽，内阻大大降低，内部损耗大大降低，电池功率(6倍于2170电池)大大提高。

2.提高安全性:圆柱形电池不同于片状电池，其散热多为轴向，热量从极耳散出。传统的圆柱形电池，如2170，只有两个极耳，传热通道窄，散热效果差。4680电池极耳面积大大增加，传热通道宽，散热效果(只有传统圆柱形电池的20%)大大提高，电池热稳定性提高。

3、快速充电性能显著提高：由于全极耳结构，电子更容易在电池内移动，电流倍率提高，因此充放电速度更快。4.提高生产效率:消除生产线添加极耳的工艺和时间，节省设备空间，减少制造缺陷的可能性。2.全极耳工艺难点1。在全极耳生产过程中，极耳的收集问题：一般理解是将极耳折叠在一起的过程。目前，有三种：揉捏极耳、切割极耳和多极耳：1）揉捏极耳的极耳形状不受控制，容易短路。制造过程中，两段关闭，电解液渗透阻碍大；2）切割极耳（Tesla），斜切成片卷起，优于不规则挤压，占用空间小，但表面起伏大。制造过程中，两段仍然关闭，注射液不能连续生产；3）多极耳难以折叠整齐，极耳位置误差在外圈容易放大。2.在全极耳与集流盘或壳体的连接中，激光焊接技术要求较高:从点焊(传统两极耳)到面焊(4680电池全极耳)，焊接工艺和焊接量增加，激光强度和焦距不易控制，容易焊接到电池内部或无焊接。目前电池良率较低(80%)。图Tesla切掉极耳成品。

.4.全极耳带来的机会。

从过去2170电池的脉冲激光点焊到目前4680电池线或激光点阵，激光焊接工艺可能会从原来的脉冲激光转变为连续激光，整体成本可能会增加。

大电池。。。大电池。

2.性能表现。

与之前的2170电池相比，4680电池的直径和高度都有所提高，直径从21mm变为46mm，高度从70mm变为80mm，电池厚度增加，曲率降低，空心部分更大。..2.尺寸变大的优点。

1.降低电池成本:降低壳体在单位电池容量中的比例，显著降低结构件和焊接数量(成本比2170电池低14%)。

2.提高能量密度:随着电池尺寸的增加，电池组中的电池数量减少，金属外壳的比例减少，正负材料的比例增加，能量密度增加。

3.bms系统更省心:电池组电池数量减少，电池监控和状态分析更简单。

4.结构强度的增加与CTC技术完美结合:4680尺寸更大，结构强度更高。作为结构电池，它已经成为汽车结构的一部分。它不仅提供能源，而且支持结构，节省空间，减轻重量(10%)，从而提高了里程(14%)。

.3.尺寸增加热量的缺点：电池尺寸越大，加热越多，散热越困难，所以热控制越困难，电池爆炸的力量越大，为了增加电池尺寸的最大瓶颈，Tesla通过全极耳技术突破了热稳定性。4.随着电池尺寸的增加，电池组中的电池数量减少，金属外壳的比例减少，正负材料的比例增加，能量密度增加。与2170电池相比，4680电池的能量增加了5倍。目前，续航里程（16%）的增加主要来自CTC技术（14%）。随着材料系统的不断升级，电池的能量密度有进一步提高的空间。3.干电池技术干电极技术可同时用于正负极。传统的湿法工艺需要将材料放入溶液中，然后干燥并压成膜：使用粘合剂材料溶剂，NMP（N-甲基吡咯烷酮）是常见溶剂之一，将粘合剂溶剂与负极或正极粉末混合，将浆液涂在电极集电体上干燥，溶剂有毒回收、纯化和再利用，中间需要巨大、昂贵、复杂的电极涂层机。干电池工艺干电极工艺完全跳过添加溶液的步骤，可以省略复杂的涂层、干燥等工艺，大大简化生产工艺：将活性正负极颗粒与聚四氟乙烯（PTFE）混合，使其纤维化，直接用粉末滚成薄膜压在铝箔或铜箔上，制备正负极片。图片：Tesla干电池工艺展示。

.干电池的优点。

工艺简单，节约成本：不使用溶剂，省去了昂贵的涂层机。

2.提高生产效率:干电极技术将生产速度提高到以前的七倍。

3.增加电池能量密度:如果有溶剂，锂和与锂金属混合的碳不能很好地融合，存在第一次循环容量损失的问题。干电池技术将大大改善这一问题，从而提高电池能量密度。同时，增加正极材料的厚度，将活性电极材料的比例从55μm提高到60μm，使能量密度提高5%，保证功率密度目前干电池工艺难度不成熟，电池要厚，圆柱要卷起，容易开裂。4.硅负极。

.优势。优势。。优势。优势。优势。优势。优势。优势。优势。优势。优势。优势。优势。

1.理论能量密度较高:石墨负极理论最大电池容量为372Wh/kg，硅负极理论最大电池容量为4200Wh/kg。

2.更好的安全性:硅的电压平台高于石墨。现在负极石墨会产生锂枝晶体，因为它们的电压平台接近锂的沉淀电位，支晶会刺穿隔膜，正负极会短路，严重威胁电池安全。

3.成本低:硅材料来源广，储量丰富，生产成本低，对环境友好。锂离子电池采用硅负极材料的质量能量密度可提高8%以上，体积能量密度可提高10%以上，每千瓦时电池成本可降低至少3%。

缺点

1、循环性能差：锂嵌入后体积膨胀，锂离子嵌入后石墨体积无明显膨胀，但锂离子嵌入后硅体积膨胀四倍以上，电池几次膨胀收缩后报废。

2.导电性差:硅的低导电性限制了其容量的充分利用和硅电极材料的倍率性能；体积变化导致活性物质与导电粘合剂接触差，导电性降低；硅表面的SEI膜厚而不均匀，影响导电性与电池的整体比能。4.3.4680电池创新设计Tesla采用高弹性材料，通过增加弹性离子聚合物涂层，稳定硅表面结构，降低成本5%。图：Tesla硅负极工艺原理。

硅碳负极是硅负极的发展方向。

电池企业积极应用硅碳负极：硅碳负极主要用于圆柱形电池、宁德时代、力神电池、国轩高科技、普莱德等动力电池制造商的高比容量电池方案，硅碳负极具有明确的发展方向。加快硅碳负R&D和生产:国外硅碳产业化领先，国内厂商正在积极追赶。目前国内负极厂商已经扩大了硅碳负投入，贝特瑞、杉杉、国轩高科技、正拓能源可以量产。贝特瑞硅碳负极提供松下动力电池，进入特斯拉产业链。CATL、比亚迪、国轩高科技、比克、天津力神等部分电池企业都在积极布局硅碳。硅碳电池是高能密度发展的必然趋势。随着技术瓶颈的克服和终端客户接受度的提高，硅碳将降低成本，实现大规模生产。CNCET预计23年硅碳负极材料产量和消费量将达到6万吨，未来硅碳负极市场前景广阔。

5.正极。正极。

不同的电极用于不同的产品。铁锂版4680将用于低耐久性车型和能源储蓄电池，主要用于更多的循环；镍锰锂4680电池用于中等耐久性车型和家用电池；高镍4680电池用于cybertruck和semi。

Tesla正极材料专注于高镍无钴化方向，但没有与主流路线以外的创新：使用NCA单晶路线提高能量密度，材料的热稳定性与磷酸铁锂相当。5.1.NCA三元正极材料路线一般分为两条:1)Tesla采用的NCA(镍钴铝)；2)NCM(镍钴锰)，如宁德时代使用的NCM523、NCM622、NCM811。图:NCM和NCA的区别。

正极材料中元素的作用是：镍：提高电池能量密度，降低电池成本。这是电池提高电池寿命的关键。钴:作为正极支架，结构坚固，但价格昂贵，污染环境。锰、铝：提高材料的导热性，是热稳定性、更安全性的关键。铁：镍的替代材料，能量密度低，但价格便宜，充放电次数高。与NCM相比，NCA的能量密度更高，工艺要求更高，但安全性较差。提高镍含量，降低钴含量，从而提高能量密度，降低成本。图:钴含量在NCM中逐渐下降。

。单晶化不同于提高镍元素来提高能量密度。单晶化是通过提高正极材料的电压来提高能量密度：单晶材料比传统的多晶材料更适合高电压，没有晶体边界，可以提高三元电池的热稳定性和循环性能。图：单晶化正极镍含量。

图:单晶提高电池循环性能。

以5系为代表的高压单晶材料镍55电池，只有与NCM523相同的镍含量才能实现NCM811的能量密度，材料热稳定性更突出，成本低于NCM811。图：镍55电池与NCM系电池成分对比。

5.3.4680电池正极趋势4680电池实际上有铁锂、镍锰铝、高镍三种不同的正极材料。图:三种4680电池(铁锂、镍锰铝、高镍)应用产品。

5.4680电池目前以高镍为主。

4680高镍版是Tesla目前的主要方向，未来可用于高续航的Cybertruck和Semi，Model3和Modely也可用于长续航和高性能版本。5.4680电池镍锰版将紧跟高镍版。4680高镍版技术成熟后，将开发4680镍锰版，应用于中等续航Modely、家用电池等产品。5.4680电池也可以使用铁锂正极4680电池或铁锂正极：Tesla电池新闻发布会，没有提到其循环性能，因为硅阳极体积膨胀减少充放电次数，在镍锰版4680电池技术成熟后，铁锂版4680电池也可以推出，应用于低成本车型、能源储蓄电池，主要是高循环性能。从高镍版到镍锰版，再到铁锂版的4680电池，电池型号逐渐发展起来，会拉动相关材料的需求。

6.工业化进程1。特斯拉率先于2020年发布，计划到2022年底达到100GWh的4680电池容量，到2030年达到3TWh。

2.亿纬锂在大圆柱电池方面布局领先，2021年生产4680和4695成品，得到下游汽车企业的认可。20GWh乘用车大圆柱电池产能预计将于2023年开始量产。

3.松下计划于2022年3月在日本试生产4680电池。4680电池产品开发的技术目标已基本实现，但大规模生产仍存在技术门槛。

LG、三星、宁德、比克、蜂巢等电池企业也在研发中，大圆柱电池的应用将进一步促进高镍材料的发展。7.结论。结论。

4680电池的核心创新过程是：大电池+全极耳+干电池技术，提高电池功率和安全性，提高生产效率、快速充电性能，降低电池成本，进一步提高能量密度和循环性能。目前，技术难点在于全极耳的生产、焊接和干电极工艺。4680电池率先应用于高镍系统。预计特斯拉和松下将于22年上半年开始大规模生产，这将推动高镍正极+硅碳负极+碳纳米管导电剂+大圆柱结构件+新锂盐的需求。相应的领导者将受益；国内大圆柱电池1亿纬度布局领先，计划投资20gwh生产能力，预计23年大规模生产。

编辑：黄飞。

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