摘要

? 2020年特斯拉電池日發布4680電芯（直徑46mm，高度80mm），包括松下、LG、三星、億緯、寧德時代、比克等電池企業紛紛跟進。

? 4680有望成為特斯拉主力電芯，帶動相關產業鏈發展。4680采用大圓柱+全極耳+干電極等全新技術，大幅提升了能量（5倍于2170電池）、功率（6倍于2170電池），降低了電池成本（14%于2170電池），優化了散熱性能、生產效率、充電速度，能量密度、循環性能等。

? 全極耳大幅降低內阻、提升功率、安全性、快充性能，所需激光切割工序倍增：傳統電池只有兩個極耳，分別連接正極與負極，而4680電池實現了全極耳（直接從正極/負極上剪出極耳），從而大大增加了電流通路，并縮短了極耳間距，進而大幅降低內阻、提升倍率型。由于極耳數量遠多于常規設計，所需激光切割工序倍增。

? 4680大圓柱與高鎳的適配性更好，刺激高鎳產業鏈發展。鐵鋰材料價格更低，安全性能更高，不斷擠壓三元材料市場份額。大圓柱電芯與高鎳的適配性更好，特斯拉采用高鎳NCM811正極材料，有助于提升高鎳市場份額。

? 4680大圓柱與硅負極適配性更好：硅負極理論最大電池容量可達4200Wh/kg，遠高于石墨的372Wh/kg，特斯拉第一代4680電芯未采用硅負極，預計是因為特斯拉首次涉足電芯領域，未采用非常激進的設計。

不同的4680設計存在差異性 ? 特斯拉與國產4680電芯設計差異較大

? 特斯拉技術迭代周期很短，不同時期的4680電芯外觀存在明顯差異

? 第二代4680電芯負極蓋板變化極大，可以清晰看見三道焊縫

圓柱焊接次數遠高于方形電池

? 每個電芯至少需要正負極兩次焊接，主流動力類普通方形電池 容量為100~200Ah，遠高于4680電池的25~30Ah.

? 若4680電池滲透率提升，將帶激光設備發展。

?

正極集流盤

? 第一代特斯拉4680正極集流盤：共計6個花瓣，每個花瓣3長2 短共5條焊縫

? 國產4680集流盤：點狀焊接，無花瓣形狀

? 集流盤與全極耳的焊接是難點

正極全極耳

? 全極耳：拆解后嚴重受損

?

第一代特斯拉4680電芯卷繞

? 黃色和綠色的是終止膠帶

? 最外層包裹隔膜

國產4680電芯卷芯

?未發現終止膠帶，外圈多包裹一層藍色絕緣膜

? 藍色絕緣膜內部再包裹一層隔膜

?

第一代特斯拉4680正極絕緣片特寫

? 正極絕緣片覆蓋整個電芯截面積

? 點評：全極耳所有電流最終匯集到正極極柱，熱量集中在正極 極柱位置，可能會影響快充性能

國產4680正極絕緣片特寫

? 國產4680同樣有絕緣片，但厚度明顯低于特斯拉的設計

?

集流體材料邊緣特寫

? 正極鋁箔邊緣極耳清晰可見，且緊密排列

? 負極鋁箔邊緣極耳清晰可見，且緊密排列

? 如此密集的小極耳將顯著增加生產工藝的控制難度

?

全極耳極片分析

? 卷芯中心為中空結構，造成卷芯最內側并無極耳

? 卷芯最外側小極耳與集流盤焊接難度增加，最外側也無極耳

? 最內層和最外層的電流時先流向極片長度方向，然后再流向寬度方向

? 每個小極耳均需要2道激光切割

國產4680電芯負極國產4680負極在手套箱中（氬氣環境）呈現金色

? 手套箱中呈現金色

? 在空氣中逐漸變為黑色

?

全極耳揉平是重要工序，國產和特斯拉差異性極大

?

揉平：將卷芯的斷面揉平整后再與極板焊接，

①通過超聲波震動直接壓平；

②通過旋轉的揉平輪直接摩擦電池極耳平面。

難點：

①揉平速度過快時，極片外翻；

②揉平速度過慢時，生產效率低；

③揉平時產生金屬屑較多，導致內部短路；

④活材料脫落等問題，

⑤極耳產生褶皺等

解決方案：

①在全極耳外套上揉平套，揉平頭一邊自轉一邊接近揉平套，由于揉平頭不再直接接觸全極耳，故能有效防止將去全極耳部分揉碎。

②超聲波揉 平對電芯的端面進行超聲波的預處理揉平，然后進行機械揉平。

③免揉平：在涂布之后再邊緣空白處涂抹絕緣材料，絕緣材料與活性物質水平高度一致，使得卷繞后集流體形成完整平面；

特斯拉全極耳采用吹氣方案

? 中心有極耳

? 最外層沒有極耳

? 可能用吹氣結構實現極耳彎折

特斯拉采用吹氣結構制備全極耳 國內傳利采用機械結構制備全極耳

?

圓柱電池生產流程

? 大致可以分為：外殼，正極絕緣片，正極集流盤，卷繞，負極集流盤，負極絕緣片，蓋板

? 集流盤焊接后入殼、正極焊接，負極焊接，封口

?

第一代特斯拉4680能量信息

?電極尺寸：330*7.2cm

? 容量：26.136Ah

? 能量：96~99wh

? 重量：355g

? 能量密度：272~296wh/kg

?

第一代特斯拉4680負極使用干電極

? 正極：未使用干電極技術

? 負極：確認使用干電極技術

?

第一代特斯拉4680正極材料Ni含量

? 正極為高鎳材料，鎳含量約80%

? 不是NCMA材料或者Al含量極低

? 高鎳材料的市占率持續降低，4680有助于刺激高鎳材料發展

正極材料表征

第一代特斯拉4680負極表征

? T通過能譜儀檢測分析，確認特斯拉4680負極僅為碳，并未采用硅負極

? 松下21700使用了5~10%的硅

? 硅碳材料最大問題在于膨脹，與方形電池相比，圓柱電池對膨脹的耐受力更高。

第一代特斯拉4680負極表征

? 4680殼體厚度:500~600μm，2170殼體厚度:125~250μm

? 4680側面殼體厚度0.635微米，預估質量58g，若使用0.2微米的殼體，質量為18g

? 電芯總重量為355g，故使用厚殼體增加11.2%的重量 。





審核編輯：劉清