特斯拉4680電池要量產，寧德時代麒麟電池很慌！專利維度解讀新電池技術沉淀

知情郎·眼｜侃透天下專利事兒

“嘴炮”馬斯克吹的牛又圓上了，4680電池真要來了。

人家說，特斯拉將在2022年年底前實現新型4680電池的“大規(guī)模生產”！

業(yè)界一片驚呼！寧德時代的麒麟電池要蛋疼了，4680來搶飯碗了。

4680 電池的排布形式

簡單介紹下，4680電池是一款直徑46毫米、高80毫米的大圓柱電池，具有續(xù)航里程高、成本低的優(yōu)勢，被稱為全球電池行業(yè)“游戲規(guī)則改變者”。

特斯拉早在2020年就官宣，4680大圓柱電池將成為其主要的技術路線，不過當時大家都覺得這是馬斯克吹牛搞概念營銷，商用量產遙遙無期！

沒想到，這么快就落地了。看來，美國其實也是舉國力挺特斯拉啊！

由于4680太威風太招搖！之后寧德時代整出個麒麟電池（CTP3．0）來對抗它，每次曝光的營銷詞都是麒麟電池性能比4680更強勁！

聽的大伙兒耳朵都起繭了！

順道聊聊4680電池的專利故事。

01馬斯克的雄心！

美國當地時間8月4日，特斯拉召開了股東大會。馬斯克（ElonMusk）介紹了公司未來的擴張計劃。

他表示，公司的目標是到2022年底達到每年200萬輛的生產速度，并將繼續(xù)建設工廠。他計劃讓特斯拉擁有10到12家巨型工廠。

此外，馬斯克預計特斯拉將在2022年年底前實現新型4680電池的“大規(guī)模生產”，換句話說，搭載新型4680電池的特斯拉即將大規(guī)模出售。

4680電池一直被馬斯克當大禮包類似饑餓營銷的手段推送給用戶，只是概念上吹了許久，一直沒大規(guī)模生產落地。

現在人家不跳票了！

據特斯拉介紹，4680電芯的單體能量提高5倍，整車續(xù)航里程可增加16％，電力相比有極耳電池提升了6倍，功率輸出提升了6倍。

并且馬斯克表示4680電池共計節(jié)省了約86％的成本，而每kWh降低了69％的成本。

一直以來，特斯拉在電池上的進化思路就是做大電芯。

從Model S的18650再到Model 3的2170電池，再到現在的4680電池，三代發(fā)展技術迭代，電芯成了大家伙。

目的更直接，減少電池之間的空隙變小，讓整體密度變高。

特斯拉電池供應商日本松下表示，目前正在為特斯拉供應電池。

同樣的電池包容量下，18650需要7200多個電芯，2170需要4400多個電芯，4680只需950個電芯。裝載了4680電池的車，大約能達到66％的空間利用率，而正是因為這密度變高了，續(xù)航里程也相應變得長了起來。以Model S為例，如果采用4680電池，續(xù)航能力有望從650km提升至750km。

估計看到這消息，最緊張的同行莫過于寧德時代的麒麟電池。

4680電池真要成了主流配置，麒麟電池就蛋疼了！

在業(yè)內看，寧德時代麒麟電池（CTP3．0）重電池包，而輕電芯；特斯拉的4680電池則明顯在電芯上動了心思。

從技術角度看，麒麟電池是電池系統(tǒng)技術的迭代，而特斯拉4680則是電芯技術的迭代。

你說誰難度高？

仁者見仁智者見智的問題，但特斯拉的粉絲肯定會說，電芯技術難度肯定大于電池包結構改變。

人家的觀點是，麒麟電池沒有在材料層面改變電芯材料，只是通過升級電池組結構的“外在升級”，比如改變電芯的排放位置，集成為多功能彈性夾層等等，來提升電池的性能；而特斯拉4680電池則是通過電芯的“內在升級”，比如擴大電芯體積、改變陽極材料等等，讓自己變得更強。

02 4680電池優(yōu)秀在哪里？

對比過去的“1865”以及如今的“2170”，從命名來看，4680似乎只是電池變大了，由此前的“5號電池”變成了“2號電池”。

不過，圓柱電池直徑 46 mm 是有講究的，在特斯拉的理解里，這是續(xù)航提升和降本的最優(yōu)解。

首先來看直徑「46 mm」這個指標，從安全性來看，雖然整車電池節(jié)數減少可以降低 BMS 的管理難度，但是大電芯的散熱是個難題，46 mm 是個平衡范圍內的點。從提升續(xù)航和降本的角度來看，特斯拉認為 46 mm 以后整車的續(xù)航開始下降，同時降本的邊際效益變得非常低，因此 46 mm 是最優(yōu)解。另外從內部應力和角度來看，46 mm 也是一個比較臨界的點，在化學性能、生產工藝沒有本質上的突破前，46 mm 是一個黃金尺寸。

另一個參數高度「80 mm」，其實目前業(yè)界還沒有定論，主要因各家底盤設計而異，比如寶馬采用的是 4695 方案，還有的廠商規(guī)劃了 46105 的方案，即高度為 105 mm。但這個高度也不能太高，一方面是徑向散熱會成問題，另一方面這樣會明顯增加底盤厚度，從而影響設計美感和風阻。

特斯拉的4680高鎳模組電池的設計

工藝細節(jié)有了明顯的提升！官方公布的措辭如下

1、采用“無極耳”設計

隨著隨著電芯體積的增大，電池阻抗也同步增大。對于這個問題，特斯拉的解決方式是采用創(chuàng)新性的“無極耳”設計。

極耳是從正負極集流體中引出了的金屬導電體，電流正是通過極耳才能與電池外部連接。但是過于細長的極耳不利于電流傳導，如果電流過大，就會出現發(fā)熱，能量損失增大，而且會影響安全性能。

2、使用干電池電極工藝

特斯拉4680電池使用干電池電極工藝，不使用溶劑，而是將少量（約5－8％）細粉狀PTFE粘合劑與正／負極粉末混合，通過擠壓機形成薄的電極材料帶，再將電極材料帶層壓到金屬箔集電體上形成成品電極。這項工藝將會提高電池的能量密度，并且使生產能耗降低10倍。

3、陽極采用硅材料

陽極材料方面，特斯拉將從硅材料入手。硅可以儲存比石墨多出十倍的電能，但由于其在充放電過程中體積變化可達400％，容易破碎，因此一直難以取代石墨。

特斯拉計劃從根本上改變硅表層的延展性，使其不容易破碎，這項技術可以使電池的續(xù)航能力增加20％。特斯拉將研制的新材料命名為“特斯拉硅”，成本為1．2美元／KWh，僅為現有的結構化硅工藝的十分之一。

4、改進陰極生產過程

陰極材料方面，特斯拉通過改進陰極生產過程，減少水的使用和廢水的產生，降低了電池陰極生產線66％的投資建設成本和76％的生產成本。同時，特斯拉推出電池回收服務，未來新電池都將通過回收的舊電池生產。

結合這些改進，特斯拉將增加54％的電池續(xù)航，降低56％的每千瓦時成本，減少69％的投資生產成本，能量密度提升之余，生產成本大大降低。

特斯拉的4680電池去掉了原有的極耳，選擇了在集流體末端留白未涂覆正／負極材料。簡單來說不是沒有極耳了，而是整個一端面都變成了極耳，這種設計大幅降低了電池的阻抗，解決了圓柱電池的發(fā)熱問題。