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假装直到你成功。

2020 特斯拉电池日，马斯克提出了 TWh 级别的电池生产目标2020年特斯拉电池日，马斯克提出了TWh级别的电池产量目标。

很多时候，把事情做好的第一步就是“把牛吹出来”。2020年，特斯拉在电池日(Battery Day)推出了划时代的4680电池，而那个时候，距离4680电池概念的提出只有一年时间。2019年，松下和欧洲的一个化学实验室基于全极耳理论对圆柱形电池进行了优化和改进，最终发现4680电池是一个很好的解决方案。

以松下的风格，至少要到2022年才会公开，2025年才能开始量产。毕竟在实验室里做出来和量产完全不一样，但特斯拉就是敢“吹出来”，这次好像又做了一次。

庆祝特斯拉加州工厂试点生产了 100 万个 4680 电池，大概能装 1,000 台 Model Y庆祝特斯拉加州工厂试产100万块4680电池，可容纳约1000块Model Y电池。

在刚刚结束的100 2022电动汽车委员会上，松下、BIC电池、亿纬锂能均表示看好46系大圆柱电池。与此同时，今年1月，特斯拉宣布在加州的工厂试生产了100万块4680电池，已经接近正式装载4680电池。

下面我们就来关注一下特斯拉4680电池的核心技术创新，以及对未来市场的影响。

了解4680电池

在介绍特斯拉4680电池的核心技术之前，我们先通过几个问答对4680电池有一个简单的了解。

什么是4680电池？

7 号电池、5 号电池、18650、2170 和 4680 电池个头对比，4680 明显要大不少相比7号电池、5号电池、18650号电池、2170号电池、4680号电池，4680号电池显然要大很多。

480电池是圆柱形电池，直径46 mm，高80 mm，目前特斯拉使用的18650和2170电池也符合这个命名规则。18650电池的最后一个“0”表示圆柱形，但省略了2170和4680电池。

为什么是4680的电池而不是更大或者更小的？

特斯拉 PPT 显示，圆柱电池直径 46 mm 是续航提升和降本的最优解特斯拉PPT显示圆柱形电池直径为46 mm，是提高电池续航能力，降低成本的最佳方案。

首先看直径“46 mm”这个指标。从安全角度来说，虽然整车电池数量的减少可以降低BMS的管理难度，但是大电池的散热是个难题，46 mm是平衡范围内的一个点。从提高续航和降低成本的角度出发，特斯拉认为46 mm之后整车续航开始下降，降低成本的边际收益变得很低，所以46 mm是最优方案。另外，从内应力和角度来看，46 mm也是一个临界点。在化学性质和制作技术突破之前，46 mm是黄金尺寸。

另一个参数高度“80 mm”，其实目前业内也没有定论，主要是底盘设计的问题。比如宝马采用4695方案，也有厂家规划46105方案，也就是高度105 mm，但是，这个高度不能太高。一方面，径向散热会是个问题；另一方面会明显增加底盘的厚度，从而影响设计美感和抗风能力。

特斯拉为什么爱圆柱形电池？

简单来说就是路径依赖。特斯拉成立于2004年，其首款车型Roadster于2008年推出。当时市场上还没有非常成熟的动力电池方案可用，而松下的18650电池在民用领域已经非常成熟稳定，安全性和一致性达到了非常高的水平。特斯拉随后选择了用数千块单体电池组装的方案。虽然对BMS来说是个不小的考验，但确实比当时其他动力电池方案更可靠。

特斯拉 Model S 电池包，由数千个 18650 电池组成特斯拉Model S电池组由数千块18650电池组成。

随着动力电池的发展，18650电池逐渐升级为2170电池。特斯拉及其供应商松下、LG化学等。已经越来越专业化做圆柱形电池了，不过这次4680电池也是圆柱形电池的牙膏升级。

牙膏爆炸是特斯拉4680电池的核心技术创新。

特斯拉电池日 PPT，4680 电池要比 2170 电池提高 54% 的续航并降低 56% 的成本特斯拉电池日PPT，4680电池比2170电池续航时间长54%，成本低56%。

从18650到21700的升级，从数字上可以看出有点挤牙膏，有点像前两年的高通骁龙薯片。与2170电池相比，4680电池不仅体积增加了448%，还结合了全极耳、高硅负极、CTC等革命性技术。最终续航提升54%，成本下降56%。以69%的单位产能和设备投入下降来挤压牙膏般的提升(当然特斯拉的PPT一直都有些水分，应该是经过两三次4680次电池迭代才达到的)。

洗耳恭听:开得远，充得快。

传统电池有一个非常大的局限性:能量密度和功率密度无法兼顾。比如本田雅阁的三元电池能量密度只有82 Wh/kg，而纯电动车型的三元锂电池能量密度一般在150-180 Wh/kg。这是因为HEV锂电池的核心参数是功率密度。毕竟小电池(雅阁混动电池容量只有1.3千瓦时)要驱动大功率电机，只能牺牲部分质量能量密度。

全极耳方案下，电子流通的路径明显缩短在全耳方案下，电子流通的路径明显缩短。

特斯拉4680电池采用全tab(特斯拉的宣传是无极tab)的方案，兼顾了这两者。极耳只是充放电时正负极之间的接触点。传统电池在正极和负极各有一个极耳，这带来了一个问题。当电流从正极流向负极时，如上图左侧所示，要穿过一条很长的横向路径，这样内阻自然就上来了，不仅消耗电池的能量，而且发热问题也很难解决。

根据特斯拉的专利可以看出，在4680电池的结构中，正负极上均匀分布着极耳，大大缩短了极耳间距。比如2170电池的电子流经集流体中整个卷绕极片的展向长度，路径约900 mm，而4680电池的正负极膜是2170电池的4-5倍。如果仍然使用单极标签，电子的路径将长达3.8米。内阻也会相应增加4倍，全耳片方案可以将这个路径缩短到电池的高度，也就是80 mm，根据特斯拉的介绍，4680电池的内阻发热只有2170电池的五分之一。此外，全极耳大大增加了电流路径，使电子可以更容易地在电池内部移动。

V3 超充下，4680 电池的预估充电速度要快于 2170 电池，在 V4 超充下预计差距将更明显V3过充下，4680电池的预计充电速度比2170电池快，预计V4过充下差异会更明显。

所以全极耳的4680电池有大功率放电和过充的天赋。根据Insideevs的研究报告，400 V 4680电池系统充70%电需要15分钟，而800 V电池系统保时捷Taycan需要18分钟，现代的IONIQ需要22分钟。如果以后4680电池采用800 V电压系统，充电速度会更快。

高镍正极+高硅负极:单体能量密度300 Wh/kg的关键

目前特斯拉的4680电池正极依然采用大家熟悉的NCM 811的高镍方案。未来4680正极将向镍比例更高(如NCM 9/0.5/0.5)、无钴、四元等方向发展。

正极变化不大，负极对实现更高的能量密度也至关重要。目前大部分电池都是石墨阳极，但是石墨的理论比容量是372 mAh/g，实际上已经达到了330-370 mAh/g左右，达到了天花板。而硅的比容量可以达到4200 mAh/g，是石墨的10倍以上。因此，在负极中掺杂一定比例的硅一直是电池能量密度的突破方向。

2020 NIO DAY 上，蔚来 150 度电池的 PPT 上显示了硅碳负极以及高镍正极，实现高能量密度大家殊途同归2020 NIO日，蔚来150度电池PPT显示硅碳负极，高镍正极，实现高能量密度，大家目标一致。

其实早在2017年，在搭载2170电池(来自松下)的Model 3上，特斯拉就已经引入了“硅掺杂”的技术，但比例还是比较小(掺杂了5-6%左右的硅合金)，能量密度的提升也不明显。也有一些国内厂商采用了“掺硅”负极。比如广汽阿亚恩LX 144.4度电池，CLTC续航1000km的负极就掺杂了一定比例的硅。此外，智极汽车和蔚来将于第四季度量产的150千瓦时“固态”电池也采用了这一技术。

据说“掺杂硅”可以立即提高能量密度，但硅天生不如石墨稳定，容易膨胀。一般碳基阳极在嵌锂反应中的体积膨胀不超过10%，而硅基阳极可膨胀360%，导致SEI膜破裂等副反应，造成电池容量衰减。

相对来说，圆柱内部的应力在各个方向上都很均匀相对而言，圆柱体内部的应力在各个方向上是均匀的。

相对来说，4680电池的结构更适合“硅掺杂”。首先，圆柱形电池极片卷绕的特点可以使极片各个位置的膨胀力尽量均匀，减少损伤和褶皱的发生。方形和软包电池在R角容易因应力集中而损坏和起皱。另外，4680电池的不锈钢外壳具有很强的机械强度，可以充分吸收负极的膨胀力。因此，理论上可以在4680电池负极中掺杂更多的硅，有望达到10%以上，从而显著提高能量密度。

CTC技术:天然的合作伙伴

从第一个原则出发，要提高电池组的能量密度，“中间件”肯定是越少越好。比如你想在一个盒子里装最多的鸡蛋，最好把蛋盘拆下来，相当于拆下了模块组件。更极端的，不需要盒子，也就是CTC(电池到底盘)技术，有的叫CTV(电池到车辆)。

4680 电池与 CTC 技术相结合，座椅直接装在电池上方480电池结合CTC技术，座椅安装在电池正上方。

4680电池天生就有这种潜力。首先，CTC对电池的结构强度有一定的要求，电池本身要承受很大的机械强度。与18650和2170电芯相比，4680单体电芯更大，结构强度更高，而且一般方形电芯都是铝制的，而4680外壳是不锈钢的，自然结构强度有保证。另外，使用CTC技术基本上意味着告别维护和更换。如果发生激烈碰撞或者电池一致性有问题，可能就要换车了，圆柱形电池的一致性一直是优势。最后，与壳式电池相比，圆柱形电池的布局会更加灵活，可以适应不同的机箱。结合全极耳高能量密度和高充放电功率的优势，未来在HEV和PHEV领域潜力巨大。

特斯拉4680电池除了全片式电池、高镍+高硅、CTC技术之外，还有一些其他技术，比如在隔膜上涂覆PVDF防止硅负极膨胀，在负极中加入硅纳米管提高导电性，特斯拉4680电池第二代也可能采用干电极技术。总之，特斯拉这次是要碾压牙膏了，就看竞争对手怎么拿了。

480圆柱形电池VS CTP方形电池，当代安培科技有限公司有危险吗？

中国市场方形电池一枝独秀，海外市场圆柱、方形、软包三足鼎立方形电池在中国市场脱颖而出，圆柱形、方形、软包在海外市场脱颖而出。

资料显示，2019年以来，中国动力电池市场的方形电池一直占据着80%左右的市场份额，其中当代安培科技有限公司占据了一半以上的份额。自然，4680电池将首先冲击当代安培科技有限公司。

先抛开主要围绕奔驰等欧洲客户开发的国产软包电池，重点对比CTP方形电池和4680圆柱形电池的优缺点和发展趋势。

4680 电池的排布形式480电池排列形式

首先，方形电池的分组效率在结构上明显优于圆柱形电池。预计优秀的CTP方形电池可以达到80%-90%，4680+CTC可以达到70%以上。这不难理解。4680电池虽然比以前大了很多，但是和大方形电池相比还是很小的。一个Model Y大概需要960个4680电池，换成方形外壳可能就只需要了。

大众的 CTP 三元方形电池包大众CTP三元方形电池组

但由于方形电池的单体电池体积较大，且为面接触，给方形电池的散热和热失控保护带来很大困难。所以方形电池的三元电池正极不适合发展超高镍。同时，据说方形电池的负极不适合添加太多的“硅”，所以方形电池的单次能量密度不能做得太高。

而圆柱形电池由于单体电池小，散热容易，全极耳的应用更容易有针对性的散热。因此可以采用自由基高镍方案，在高硅阴极下单体能量密度可以达到300 Wh/kg。未来如果采用镍含量超过90%的阳极，单体的能量密度可以达到350-400 Wh/kg。

这样方形电池虽然集成效率高，但是4680圆柱形电池的单次能量密度高。总的来说，这两个系统的能量密度是相似的。

圆柱形电池，已经商业化30多年，技术最成熟，在生产效率、良率、投资成本等方面都有一定优势。比如良率方面，松下的2170电池可以达到99%以上，相对于方形电池的90%是很优秀的水平。

另外，在生产效率方面，如果也采用卷绕工艺，圆柱形电池同心卷绕特性的固有效率会高很多。比如依威锂能最新的生产线，每分钟可以生产200块2170电池，而类似生产线的方形电池一般每分钟可以生产10-12块，200 Ah以上的大方形每分钟只能生产不到10块。如果是80度电的新车，圆柱形电池的生产需要20分钟左右，方形电池需要30分钟。

如果4680电池量产顺利，预计2024年后，4680电池每千瓦时成本将比三元方电池低50—100元，100度电池电动车成本将低5000—10000元。

因此，从三元电池体系(包括无钴电池和四元电池)来看，如果4680电池的良品率能够快速提升，将凭借一定的成本优势和超高的充放电功率，在中高端市场逐渐形成对方形三元锂电池的替代效应。

在低端市场，还是以磷酸铁锂电池为主，而磷酸亚铁锂本身就比较稳定，不容易失控发热，所以更适合集成效率高但不容易散热的方形电池。所以未来的情况很可能是部分高端机型会逐渐使用4680三元电池，而中低端会以CTP方形磷酸铁锂电池为主。

比亚迪刀片电池，汉 EV 上的刀片电池还采用了叠片工艺比亚迪的叶片电池和韩EV的叶片电池也采用叠片技术。

那么当代安培科技有限公司将面临4680电池和比亚迪刀片电池的两面夹击。比亚迪本身是做电池起家的，加上多年来一直专注于磷酸铁锂电池。随着福迪电池的产能开始大幅扩张，这里可以参考《拿蔚来、小米来说，福迪的进攻才刚刚开始》一文，势必会吃掉当代安普科技有限公司的一部分份额。

宁德时代 CTP 3.0 麒麟电池，宣传三元锂和磷酸铁锂的系统能量密度分别能达到 250 Wh/kg 和 160 Wh/kg，并能实现无热扩散的最高安全要求当代Amperex科技有限公司CTP 3.0麒麟电池宣传三元锂和磷酸亚铁锂的系统能量密度可分别达到250 Wh/kg和160 Wh/kg，并能满足非热扩散的最高安全要求。

不过，在过去的2022年电动车100人委员会中，当代安培科技有限公司也给出了反击CTP 3.0版本的麒麟电池。能否守住目前的绝对领先地位，取决于CTP3.0的落地效果和降本增效的速度。

有哪些车企和电池厂在跟进布局大型圆柱形电池？

目前从车企来看，主要推动者是特斯拉。特斯拉已于2022Q1开始试产，年底前可向消费者交付部分4680 Model Y。真正的爆发期还是在2023年以后，Cybertruck、Roadster 2、重卡Semi这些跳票很久的车都会来找我们。宝马的4695电池量产时间在2024年之后，可能会成为宝马未来纯电动平台“Neue Klasse”的主力电池。

美国造车新势力 Lucid 也采用 2170 圆柱电池美国造车新势力Lucid也使用2170圆柱形电池。

另外，目前有很多海外厂商使用圆柱形电池。比如美国的新势力Lucid和Rivian，目前用的是2170电池，未来过渡到4680电池是非常自然的。

LG化学，在动力电池领域全球的份额仅次于宁德时代LG化学，其在动力电池领域的全球份额仅次于当代安培科技有限公司。

在电池制造商方面，海外电池制造商主要是特斯拉、日韩，包括松下、LG化学、三星SDI。松下和LG化学计划在2023年量产，三星SDI计划在2024年量产，以色列公司Storedot也计划在2024年量产4680块电池。

目前，当代安培科技有限公司正在规划12 GWh的4680电池产能，R&D步伐正在加快。预计2024年开始量产，客户可能是特斯拉和宝马。比克电池2021年3月在深圳CIBF展出大圆柱产品，预计2023年量产；亿纬锂能预计2024年实现4680块电池量产，计划产能20 GWh。同时有在欧洲匈牙利建厂的计划。

综合来看，相对于18650到2170的升级，4680电池这次是爆了牙膏，基本确定了圆柱形电池的发展方向，也有望引领圆柱形电池的市场份额快速赶超方形电池。但4680电池仍面临诸多技术难点，如全耳电池的激光焊点至少是2170的5倍，精度要求高。同时，弧形包边对设备的精度要求更高。未来4680电池的发展将集中在特斯拉、松下、LG化学等企业的良品率何时能稳定在90%以上。