特斯拉4680电池要量产，宁德时代麒麟电池很慌！专利维度解读新电池技术沉淀

知情郎·眼｜侃透天下专利事儿

“嘴炮”马斯克吹的牛又圆上了，4680电池真要来了。

人家说，特斯拉将在2022年年底前实现新型4680电池的“大规模生产”！

业界一片惊呼！宁德时代的麒麟电池要蛋疼了，4680来抢饭碗了。

4680 电池的排布形式

简单介绍下，4680电池是一款直径46毫米、高80毫米的大圆柱电池，具有续航里程高、成本低的优势，被称为全球电池行业“游戏规则改变者”。

特斯拉早在2020年就官宣，4680大圆柱电池将成为其主要的技术路线，不过当时大家都觉得这是马斯克吹牛搞概念营销，商用量产遥遥无期！

没想到，这么快就落地了。看来，美国其实也是举国力挺特斯拉啊！

由于4680太威风太招摇！之后宁德时代整出个麒麟电池（CTP3．0）来对抗它，每次曝光的营销词都是麒麟电池性能比4680更强劲！

听的大伙儿耳朵都起茧了！

顺道聊聊4680电池的专利故事。

01马斯克的雄心！

美国当地时间8月4日，特斯拉召开了股东大会。马斯克（ElonMusk）介绍了公司未来的扩张计划。

他表示，公司的目标是到2022年底达到每年200万辆的生产速度，并将继续建设工厂。他计划让特斯拉拥有10到12家巨型工厂。

此外，马斯克预计特斯拉将在2022年年底前实现新型4680电池的“大规模生产”，换句话说，搭载新型4680电池的特斯拉即将大规模出售。

4680电池一直被马斯克当大礼包类似饥饿营销的手段推送给用户，只是概念上吹了许久，一直没大规模生产落地。

现在人家不跳票了！

据特斯拉介绍，4680电芯的单体能量提高5倍，整车续航里程可增加16％，电力相比有极耳电池提升了6倍，功率输出提升了6倍。

并且马斯克表示4680电池共计节省了约86％的成本，而每kWh降低了69％的成本。

一直以来，特斯拉在电池上的进化思路就是做大电芯。

从Model S的18650再到Model 3的2170电池，再到现在的4680电池，三代发展技术迭代，电芯成了大家伙。

目的更直接，减少电池之间的空隙变小，让整体密度变高。

特斯拉电池供应商日本松下表示，目前正在为特斯拉供应电池。

同样的电池包容量下，18650需要7200多个电芯，2170需要4400多个电芯，4680只需950个电芯。装载了4680电池的车，大约能达到66％的空间利用率，而正是因为这密度变高了，续航里程也相应变得长了起来。以Model S为例，如果采用4680电池，续航能力有望从650km提升至750km。

估计看到这消息，最紧张的同行莫过于宁德时代的麒麟电池。

4680电池真要成了主流配置，麒麟电池就蛋疼了！

在业内看，宁德时代麒麟电池（CTP3．0）重电池包，而轻电芯；特斯拉的4680电池则明显在电芯上动了心思。

从技术角度看，麒麟电池是电池系统技术的迭代，而特斯拉4680则是电芯技术的迭代。

你说谁难度高？

仁者见仁智者见智的问题，但特斯拉的粉丝肯定会说，电芯技术难度肯定大于电池包结构改变。

人家的观点是，麒麟电池没有在材料层面改变电芯材料，只是通过升级电池组结构的“外在升级”，比如改变电芯的排放位置，集成为多功能弹性夹层等等，来提升电池的性能；而特斯拉4680电池则是通过电芯的“内在升级”，比如扩大电芯体积、改变阳极材料等等，让自己变得更强。

02  4680电池优秀在哪里？

对比过去的“1865”以及如今的“2170”，从命名来看，4680似乎只是电池变大了，由此前的“5号电池”变成了“2号电池”。

不过，圆柱电池直径 46 mm 是有讲究的，在特斯拉的理解里，这是续航提升和降本的最优解。

首先来看直径「46 mm」这个指标，从安全性来看，虽然整车电池节数减少可以降低 BMS 的管理难度，但是大电芯的散热是个难题，46 mm 是个平衡范围内的点。从提升续航和降本的角度来看，特斯拉认为 46 mm 以后整车的续航开始下降，同时降本的边际效益变得非常低，因此 46 mm 是最优解。另外从内部应力和角度来看，46 mm 也是一个比较临界的点，在化学性能、生产工艺没有本质上的突破前，46 mm 是一个黄金尺寸。

另一个参数高度「80 mm」，其实目前业界还没有定论，主要因各家底盘设计而异，比如宝马采用的是 4695 方案，还有的厂商规划了 46105 的方案，即高度为 105 mm。但这个高度也不能太高，一方面是径向散热会成问题，另一方面这样会明显增加底盘厚度，从而影响设计美感和风阻。

特斯拉的4680高镍模组电池的设计

工艺细节有了明显的提升！官方公布的措辞如下：

1、采用“无极耳”设计

随着随着电芯体积的增大，电池阻抗也同步增大。对于这个问题，特斯拉的解决方式是采用创新性的“无极耳”设计。

极耳是从正负极集流体中引出了的金属导电体，电流正是通过极耳才能与电池外部连接。但是过于细长的极耳不利于电流传导，如果电流过大，就会出现发热，能量损失增大，而且会影响安全性能。

2、使用干电池电极工艺

特斯拉4680电池使用干电池电极工艺，不使用溶剂，而是将少量（约5－8％）细粉状PTFE粘合剂与正／负极粉末混合，通过挤压机形成薄的电极材料带，再将电极材料带层压到金属箔集电体上形成成品电极。这项工艺将会提高电池的能量密度，并且使生产能耗降低10倍。

3、阳极采用硅材料

阳极材料方面，特斯拉将从硅材料入手。硅可以储存比石墨多出十倍的电能，但由于其在充放电过程中体积变化可达400％，容易破碎，因此一直难以取代石墨。

特斯拉计划从根本上改变硅表层的延展性，使其不容易破碎，这项技术可以使电池的续航能力增加20％。特斯拉将研制的新材料命名为“特斯拉硅”，成本为1．2美元／KWh，仅为现有的结构化硅工艺的十分之一。

4、改进阴极生产过程

阴极材料方面，特斯拉通过改进阴极生产过程，减少水的使用和废水的产生，降低了电池阴极生产线66％的投资建设成本和76％的生产成本。同时，特斯拉推出电池回收服务，未来新电池都将通过回收的旧电池生产。

结合这些改进，特斯拉将增加54％的电池续航，降低56％的每千瓦时成本，减少69％的投资生产成本，能量密度提升之余，生产成本大大降低。

特斯拉的4680电池去掉了原有的极耳，选择了在集流体末端留白未涂覆正／负极材料。简单来说不是没有极耳了，而是整个一端面都变成了极耳，这种设计大幅降低了电池的阻抗，解决了圆柱电池的发热问题。