12月，特斯拉Cybertruck的交付掀起了一股特斯拉技术热潮，除了防弹车身和超越911的加速度表现，特斯拉4680电池技术也再次成为话题。
目前，各大厂商使用的动力电池主要有三种。欧洲韩国车企多使用软包电池，国内车企大多数使用方形电池，再就是特斯拉大规模使用的圆柱形动力电池。而4680电池，指的就是直径 46 mm、高 80 mm 的圆柱形电池。
4680电池缘起何时？
特斯拉和圆柱电池的连接起源于特斯拉推出第一款车型Roadster跑车。当时，特斯拉用的是1991年日本索尼公司发明的18650电池，即直径18mm，高度65mm的圆柱形电池，这也是世界上最古老的锂离子电池。特斯拉将18650电池大量组装在一起，做成高续航的电池包。Roadster跑车杀出重围，18650电池功不可没。
之后，特斯拉和松下成了紧密的合作伙伴。双方共同研发了第二代圆形电池，也就是2170，它直径和高度分别是21mm和70mm。这款电池助力特斯拉model 3位居销量榜榜首。表面看起来，特斯拉和松下合作很顺畅，各取所需。实际上，松下一直暗戳戳卡马老板的脖子，Model 3订单纷至沓来，电池产能却像挤牙膏。
作为世界顶级工业强人，马斯克怎肯受制于人？必然会到来的电池自研之路早在规划中。从2018年开始，特斯拉便成立专门项目组，着手自研电池，力求掌握电车的核心技术之一。随后为了支持低价电动车计划，摆脱供应商掣肘，特斯拉更是加大力度推进电池降本。在这些背景下，2020年，4680大圆柱电池应运而生。
记得在4680电池的发布会上，马斯克对其极尽赞美，用了相当大的篇幅来介绍这款电池：“4680电池是巨大技术突破，预计只需要三年，4680电池就可以实现量产，到时候特斯拉就可以造出一辆非常吸引人，价格只有2.4万的新电动车。”
马斯克为何对4680电池如此看好？从技术层面看，它确实值得。据悉4680电池可以将特斯拉汽车续航提高16%，输出功率提高6倍，它的电池容量更是当时电池的5倍之多，而且成本还降低16%。4680电池成功量产，对特斯拉而言是里程碑式的突破。
大电芯+全极耳+干法工艺
和特斯拉之前使用的18650和21700圆柱形锂电池相比，4680电池在电池容量、生产成本和效率等方面上，有了很大优势。
首先是大电芯：
相比方形电池，圆柱电池在封装为电池包时，圆柱与圆柱之间会有缝隙，空间利用率比较低，圆柱体积的增大可以减少缝隙，有研发人员指出，车用圆柱电池直径控制在45- 50 毫米时能最好地兼顾电池容量和空间利用率，特斯拉在经过多方实验，遍历所有关键指标，发现46mm是成本最小的电池外径，直径 46 mm、高 80 mm，是最完美的圆柱电池比例。
外形增大，减少了电池包中的单体电池数量，降低壳体在单位电池容量上的占比，结构件和焊接数量也显著减少，与2170电池相比，成本降低了14%。同时，电池组中金属外壳占比减少，正极、负极等材料占比增加，能量密度提高。
另外，4680电池结构强度增加，与CTC技术完美结合。4680尺寸更大，结构强度更高，其作为结构电池成为车结构的一部分，既提供能源，也用作结构起支撑作用，节省了空间也减少了10%的重量，续航里程提升14%。
全极耳：
在结构上，与上一代2710相比，4680电池除了体型增大外，革命性地引入了全极耳（Full-tab）加集流盘（Current Collector）结构。
（特斯拉4680无极耳渲染图）
极耳是从电芯中将正负极引出来的金属导电体，是电池充放电时的接触点。在电池工作中，电子从正极极耳流向负极极耳，其流经路径与电池内阻成正比，流经宽度与电池内阻成反比，而电池内部损耗功率与内阻的平方成正比，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，分别连接正极与负极，而4680电池将传统电池凸起的极耳结构去掉，让整个电池底部和外壳充当极耳。
（双极耳、全极耳平面图 图片来源：逸飞激光）
这种改进带来的好处如下：由于电池电流通路变宽，降低了内阻，内部损耗随之降低，从而极大提升了输出功率，相当于2170电池的6倍；全极耳提升了电池安全性，热量传输通道宽阔，增强了电池的热稳定性，更容易散热；由于全极耳结构，电子更容易在电池内部移动，电流倍率提高，因此充放电速度更快等等。
干电池技术：
当下，电池制造技术主要有两种，湿法工艺和干法工艺。
在过去30年，电池公司一直使用湿法工艺。湿法工艺包括混料、涂布、烘干、NMP 回收、辊压的流程，在这个过程中需要充分蒸发有毒的溶剂和水分，工序繁琐，制造成本较高，设备、人工、厂房成本约占整个电池制造的 22.76%。
为了降低电池生产成本，2019 年，特斯拉花 2.19 亿美元买下超级电容公司 Maxwell，将超级电容器的干法电极工艺运用到锂电池中，不使用液态粘合剂，省去了昂贵的涂覆机，跳过烘烤等传统步骤，工艺简单，节省了成本，极大地提高了生产效率。马斯克曾披露，仅靠这个工艺，特斯拉就能将单位产能的设备支出减少三分之一，将电极生产车间的占地面积和能源损耗减少 90%。
除此之外，干法工艺还增加了电池能量密度。在有溶剂的情况下，锂与混有锂金属的碳不能很好地彼此融合，有第一次循环容量损失问题，干电池技术会大大改善这种问题，从而提升电池能量密度。
除了大电芯+全极耳+干电池技术，特斯拉4680电池采用的硅碳负极等新材料与新技术也重新定义了圆柱电池，它的大规模量产和使用将带动正负极材料、封装技术及结构件等领域全面突破，带动全产业链技术革新。
难产的4680
4680电池的生产并非一帆风顺。4680电池将多项创新技术融合也带来量产难度大的问题。从2020年发布4680电池至今，特斯拉一直处于技术攻关和产能爬坡阶段。具体来说，影响4680量产进度的主要有三项技术：全极耳成型、集流盘焊接、激光封口。
全极耳成型。对于全极耳成型，锂电业内主要有两个解决方案——切折和揉平。揉平工艺是指通过机械方式将卷绕后的极芯端面揉平成一个密实的平面。切折工艺的全极耳电解液注液时间更短，特斯拉以提高生产效率为目标，采用的便是切折全极耳技术。
这一技术对电池卷绕机精度要求很高，必须将表层平整度和精度偏差维持在极小范围内，电池体积大，电芯厚，都极容易造成极耳接触程度不一致，导致内阻一致性差，焊接后材料连接不稳定，良率难以保证。
集流盘焊接。激光焊接是4680生产过程中最重要的焊接工艺。4680的激流盘焊接工序十分复杂，存在焊接升温导致隔膜产生热缩效应，焊接时压力过大出现焊接穿孔，或压力过小造成焊接不牢固，组件脱落等问题。
激光封口。利用激光技术对电芯壳盖与壳体进行圆周密封焊接的激光封口过程是4680壳体密封的关键步骤。4680的外壳采用不易焊接的钢壳镀镍的材质，壳壁更薄，对激光焊接工艺要求极高。
这三项高精工艺增加了特斯拉量产的难度，再加上4680圆柱电池的生产流程还未实现标准化，各家电池厂商在工艺上有不少差别，由于以上诸多因素，特斯拉能否大规模量产4680电池被很多业内人士打上了问号。
曙光
在不少质疑声中，特斯拉终于在今年10月份官宣其德州超级工厂在4680电池的生产上取得了重大突破，该工厂生产了第2000万块电池。而6月份特斯拉刚宣布其德州工厂生产了第1000万块4680电池，用4个月将产量翻番，这无疑是巨大的进步。
众所周知，德州工厂目前还只是一条产线在生产，到今年年底，另外三条产线也有可能开动。除此之外，有韩国媒体爆料，特斯拉弗洛蒙德工厂的量产能力已经达到月800万只水平。根据韩媒流出的数据，到明年年中，加上弗洛蒙德的一条试验线和工厂对面的新场地新线，特斯拉月产能将达到6,000万只。
别忘了，特斯拉在内华达还有四条线在建。这样的量产能力一旦建成，单位成本肯定会大幅下降。
虽然几经延期，但特斯拉还是一步步把吹过的牛皮圆了回来，用实打实的产量证明4680电池大规模量可以实现，此前立下目标——有能力生产100 GWh的4680电池，满足130万辆电动汽车需求的目标也近在咫尺，4680大规模商业化曙光已在天边。
*文章来源旺财锂电
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