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特斯拉的4680电池是什么概念?

2022-08-19 17:10:54·  来源:清研华科新能源研究院  作者:张抗抗  
 
4680电池是以尺寸命名:直径46mm、高度80mm的圆柱体。这种命名方法,沿袭自它的前辈:1865(或18650)与2170(或21700)圆柱电池。三者摆在一起的话,就会发现体

4680电池是以尺寸命名:直径46mm、高度80mm的圆柱体。

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这种命名方法,沿袭自它的前辈:1865(或18650)与2170(或21700)圆柱电池。

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三者摆在一起的话,就会发现体积相差还是挺大的[1]:

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电池性能对比 [1]


那么,为什么要变大呢?1个大包子,一定比8个小包子更香吗?

特斯拉研究过这个问题,画了两个曲线: 圆柱电芯越大,制造成本越低、最大续航越长(对应的是电池包能量密度)。

但随着半径增大,改进的幅度越来越小,续航甚至还有损失。所以特斯拉就选了一个它认为不错的折中:直径46mm、高度80mm,也就是4680电池。

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电池制造成本及续航里程 vs. 电池外直径


所以,特斯拉的圆柱电池历史简单明了。 早期笔记本使用的18650电池太小,但没有选择,只好在电池管理系统上多下功夫,赶紧用上再说;后来有点实力了,想着多少改进点吧,就成了21700电池。如果特斯拉崛起了,有人有钱有市场,自然要追求最好的了,也就是4680电池。

4680电池个头变大了,全身上下要改的地方不少,这就是创新。有一张图概括得不错,分享给大家[2]:

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4680大圆柱电池创新点拆解分析


其中,特别值得拿出来一讲的就是所谓的「无极耳」(又称「全极耳」)技术。对电池稍有了解的消费者,只知道正极、负极、电解液、隔膜,极耳又是什么啊?

锂电池是由一层又一层的正极、负极、隔膜组成的,它们以此来扩大充电、放电反应的面积。如此大面积的充放电反应过程后,需要把这些电流给收集起来、伸到电芯外面,与外电路的正负极连接起来 —— 这就是极耳。

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1梯2户的楼型很好了,那变成1梯16户,想想也扛不住嘛!圆柱电芯大了,电流就会大,极耳同样有点扛不住。创新的方法就是弄一个「集流盖」,整个盖子就是一个大极耳。如此一来,整个盖子全是极耳,因此称为「全极耳」;猛一看又找不到极耳,所以也称为「无极耳」。

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请注意的是,研发与制造4680电池的不止特斯拉一家,只不过特斯拉名声最响。国内外还有很多电池厂在做[2]:

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4680大圆柱电池企业布局与进展 [2]

参考

[1] 中国锂电行业发展. 德勤观察2.0“电池风云”. 2022.4

[2] 2021年中国4680动力电池技术追踪报告. 头豹 杨潇. 2021.12

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