請問特斯拉推出的 4680 電池是個什麽概念？

2022-05-07數位

4月的新聞，特斯拉裝載4680電池的「新車」終於開始交付了，不過還沒有對外交付，而是先給了自家員工「試用」。

德克薩斯工廠的工程工藝技術員 Regan Janssen （右上角金發妹）在Linkedin上分享，她是第一批獲得這個殊榮的。新車Model Y有著全新的4680電芯和新的電池架構。

那麽4680是啥，就是直徑46公釐，高度80公釐的圓柱體電芯。

看下特斯拉的電芯，開始是1865（直徑18mm,長度65mm）後面變成了2170（直徑21mm,長度70mm），現在則是4680（直徑46公釐，長度80公釐）。

換成4680有啥好處呢，先看下特斯拉的官宣內容：

4680電池采用高鎳正極+矽碳負極材料，以及無極耳技術，能量密度達300Wh/kg，電池容量較目前方案提升5倍、輸出功率提升6倍，搭載該電池的電動汽車續航裏程可提高16%，電池每千瓦時的成本可降低14%。

當然特斯拉的宣傳是一貫充滿了各種噱頭，極為符合馬大嘴的個性。雖然的確有進步，但是也不是啥進步都能像他所說的，只要出自特斯拉，統統都是顛覆性革命。

首先，這300wh/kg的能量密度指的是單體電芯能量密度。由於電芯一般來說不能光電芯裝車，還要組成電池包，中間還要裝冷卻系統、阻燃材料啥的，外面還要裝框架，所以最終版本的系統能量密度實際估測和國內這兩年開始商用的NCM811電芯的能量密度大致相當（180-200wh/kg）。

從國內Model Y 2022款長續航版本來看，增加16%續航，就是把原有的CLTC續航660公裏增加到了765公裏，如果折算成原來的NEDC續航，大概也就是600-700公裏的續航。這個說實話，特斯拉車型新的續航並不會帶給人驚艷和碾壓的感覺，因為國內這兩年發售的純電車型有大把可以達到或者超過這個續航數據。

至於電池容量增加五倍，看體積對比就知道了，這裏還是說的單體電芯增加5倍容量，不是說整個電池包的容量增加五倍。因為之前18650需要7200個電芯，2170需要4400個電芯，4680只需960個電芯。但電池包的體積放那裏，一切要看系統能量密度，不能看單體電芯能量密度。

那麽為啥，特斯拉要換4680電芯呢？因為成本降了啊，電池成本降14%，電池容量還增加了。

道理很簡單，電池成本占據整車的40%-50%，電池成本下降14%，攤到整車上面怎麽也要下降幾個百分點。然而續航還增加了，這也就意味著車輛不僅不用降價，還可以小漲一波……這疊加起來，就是科技盈利的力量了……

另外特斯拉在切換4680電芯的同時，還弄了電池底盤一體化的設定，也就是業界正在熱炒的 CTC （cell-to-chassis）。

簡單介紹下相關名詞，整合度從低到高。

CTM(Cell to Module) ：現在的主流動力電池模式，電芯組成模組，多個模組一起整合PACK，PACK裝載在汽車底盤上。

CTP(Cell to Pack)： 直接取消了模組，多個電芯直接組成PACK，如比亞迪的刀片電池等，PACK裝載在汽車底盤上。

CTC(Cell to chassis)： 直接電芯整合(一體化）到汽車的底盤上。

CTC的電芯成組，上面直接就是地板和座椅橫梁，和底盤整合一體，然後再裝配在車身上，這樣可以利用電芯本身的機械構造來承擔一部份框架的作用，能有效減少電池包的體積，增加空間利用率。

不過本來圓柱體的電芯在成組的空間利用率上就比不過方形電芯（圓柱疊加圓柱，之間不可避免有多處空隙），設計好的方形電芯成組的空間利用率可以達到80%以上，而4680（圓柱體）+CTC的成組空間利用率大概只有70%以上。

但是CTC技術除了能間接降低車身重量，提高電池包空間利用率這些好處外。關鍵又能和錢扯上關系，因為一體化整合，減少了大量的焊接（連線）工序，從而提高了生產效率，減少了中間的機器人，這就能降低成本。但CTC也有弊端，就是電池和底盤整合一起，一旦電池有問題了，就是要動底盤了，對動力電池售後的維護/維修就不是很友好了。一旦電池需要維修，價格會比現在的更加昂貴。

這個宣傳稿稍微有點技術含量的，實際是無極耳技術和碳矽負極材料。

無極耳技術

先放一張之前公司做培訓的一個圖，方形電芯的極耳圖。

所謂的極耳就是電池正負極集流體引出的金屬導電體，電流透過極耳和電池外部連線，電池放電時，電子從正極極耳流向負極極耳，中間受到電池內阻的影響。

按照極耳數量可以分為單極耳，多極耳和全極耳。18650和21700采用的就是單極耳方式。但是單極耳的方式，充放電的時候，極易導致極耳教其他電芯位置的溫度偏高。之前我的回答也提及過電池包溫度探測點的布置問題，因為成本和空間的限制，針對電芯的極耳溫度探測基本做不到，只能靠為數不多的模組探測點，用熱流體仿真模型來估其中電芯的溫度，但實際因為模擬計算不可能做到完全代表實際，這就會帶來電池熱失控的風險。

傳統的電池是兩個極耳（正負極各一個極耳），如果圓柱電池的直徑越大，那麽卷繞的越長，正極到負極的電子流通路徑也越長，所受到內阻影響大，一方面發熱增加，另一方面導電的效率也會降低。