“为我们一月份生产的第100万块4680电池庆祝！”日前，特斯拉在海外社交平台Twitter宣布了这一消息，这意味着其布局良久的4680电池技术在大规模量产路上又前进了一大步。
特斯拉第100万块4680电池下线；图片来源：特斯拉Twitter截图
据了解，特斯拉4680电池最早在2020年9月下旬举行的“电池日”上得以披露，彼时特斯拉CEO埃隆·马斯克将其视为电池技术上的“巨大的突破”。
顾名思义，4680电池以尺寸命名，是一款直径为46mm、高度为80mm的圆柱型电池。那么，相比于现有的圆柱形电池，4680电池的突破点体现在哪些方面？除了特斯拉外，相关动力电池企业是否有布局？这一全新的电池技术，距离大规模量产还需要多久？
三大创新技术，特斯拉4680电池性能、成本更优
在动力电池封装形式的选择应用上，国内大部分车企主要使用方形电池，国外主要是软包电池，而特斯拉是为数不多大规模使用圆柱型动力电池的车企，从最早期Model S上使用的1865电池，到目前Model 3和Model Y上使用的2170电池，再到此次量产的4680电池，均为圆柱型。
从特斯拉的电池命名可见，相较于前两代电池，新一代4680电池在直径和高度上都增加了不少。不仅如此，相较于2170电池，4680电池的容量可以提升5倍，同等电池包下整车续航里程提升16%，此外每千瓦成本下降14%。
特斯拉4680电池；图片来源：特斯拉
也就是说，4680大圆柱电池可以极大程度减少单个电池包电池电芯数量。根据相关数据测算，此前一代的1860圆柱电池需要7200+个电芯，第二代2170圆柱电池需要4400+个电芯左右，如今的4680大圆柱电池仅仅只需要950-1000个电芯。
在业界看来，特斯拉4680电池在产品性能上取得的巨大突破，与其在电芯结构和电池材料等方面的创新密不可分。
据了解，在电芯结构方面，特斯拉4680电池采用了无极耳（即全极耳）技术，传统电池有两个极耳，分别连接正极与负极，无极耳则直接从正极/负极上剪出极耳，缩短了极耳间距的同时还增加了极耳面积。也正是基于这一技术，体积更大的4680电池才有效地解决了高能量密度电芯的散热问题。
民生证券指出，4680电池采用新型无极耳技术可实现降本增效，无极耳技术一方面增大了电流传导面积、缩短电流传导距离，大幅降低电池内阻；内阻降低可以减小电流偏移现象，延长电池寿命；电阻减小还可降低热量产生，电极导电涂层和电池端盖的有效接触面积可达到100%，能提升散热能力。
在电池材料上，4680采用了硅碳负极材料。这是一种理论上能量密度比传统石墨负极更高的材料，采用硅负极材料的锂电池质能密度可提高8%以上，体能密度则可达到提升10%以上。同时，由于石墨负极的电压十分接近锂的沉积电位，硅基负极材料相比之下有更好的安全性。且硅材料来源广泛、成本低廉，是一种环保原料。
另在电池生产工艺上，特斯拉4680电池采用的干电极技术，树立了动力电池新标准。据了解，传统电池需要先放置在NMP等有毒且昂贵的溶液中，然后再干燥并压成薄膜。而干电极技术则省去了放置溶液的步骤和干燥的过程，通过将活性正负粒子与聚四氟乙烯(PTFE)混合，使其原纤化，再将粉末直接碾压成薄膜，压在铝或铜的原材料上。这一工艺相对简单，且生产速度更快。
且值得一提的是，干电极技术不仅节约了传统方法带来的溶剂开支和覆膜机成本，同时解决了溶剂中的锂和碳若不能融合所带来的容量损失的问题，从而提高了约5%的电池能量密度。
诸多电池厂商跟进，4680电池有望成为重要技术路线
在汽车电动化的发展进程中，续航里程、成本一直是制约纯电动汽车快速实现市场全面渗透的重要因素。且自2021年以来，动力电池原材料遭遇多次涨价，让车企增效降本的需求愈发强烈，而在性能、成本、安全方面更具优势的4680大圆柱电池成为车企的重要选项之一。
据悉，除了特斯拉自身推出4680电池外，包括保时捷、宝马、江淮、东风等车企也有意或者已经与电池企业共同推动大圆柱电池的开发，希望未来应用到相关车型上。有相关业内人士透露，保时捷、宝马正联合一些电池供应商开发大圆柱电池，但规格型号尚未确定。江淮汽车新能源汽车研究院电池系统部技术副总监秦李伟曾透露，目前江淮汽车正在进行基于46系列的全新平台进行规划，未来将开发46800/46105系列电芯，并实现整包CTP。
在此背景下，松下、宁德时代、LG新能源、亿纬锂能等动力电池企业均开始积极布局4680电池。
日前，松下表示，预计今年4月开始试生产4680电动汽车电池，之后该公司还打算在松下大阪总部附近的和歌山县进行进一步试产，不过正式大规模量产的时间和地点尚未确定。同时松下电器首席财务官Hirokazu Umeda表示：“当我们真正能够交付4680时，我们计划将优先满足特斯拉。”
亿纬锂能相关负责人近日表示，公司4680电池厂房正在建设中，合作方不方便透露。亿纬锂能曾公开表示，公司已完成大圆柱电池战略布局，包括4680和4695两大型号，预计2023年产能释放20GWh，2024年达到40GWh。
比克电池在2021年3月对外展示了自主研发的4680电芯。比克首席科学家林建表示，比克已与客户合作进行全极耳大圆柱电池的应用开发，预计将于2023年开始批量化生产。据比克电池透露，目前公司正与国际知名车企进行大圆柱电池的联合开发。
东吴证券表示，大圆柱电池在能量密度和生产成本方面存在巨大优势，未来有望成为一种重要的技术路线。
提升良品率是当务之急，大规模装车或在2023年
不过，4680大圆柱电池虽好，但是这一新技术从实验室走出到最终大规模量产装车，中间需要克服的难题还有很多，首先摆在眼前的就是良品率问题。
通常来说，动力电池大规模应用的良品率基准线为90%，如果良品率在80%以下，则大规模量产没有经济性。从特斯拉来看，其自2020年9月推出4680电池以来，就开始在美国加利福尼亚州弗里蒙特工厂试制。通过过去一年的努力，特斯拉4680电池的良品率才从最初的20%提升至80%。
有分析指出，4680电池良品率难以提高的原因仍与其整体结构有关。其整体结构是：一层隔膜，两端分别有一层铜箔和铝箔做负极和正极，但膜在卷绕过程中容易发生正负极微短路，当自放电流大到一定程度，就会产出不良品；从电池内部构造来看，采用的鱼鳞涂覆技术在涂覆不均的时候，也会影响良品率；此外全极耳与集流盘或壳体的连接需要采用面焊技术，相较于传统两个极耳的点焊，焊接工序和焊接量都变多，激光强度和焦距不容易控制，易焊穿烧到电芯内部或者没有焊，造成产品不合格。
一个好的消息是，在最新的2022年1月22日的产品检测里，特斯拉弗里蒙特工厂14 条试生产线的4680电池良品率最终达到了92%，这也助推了特斯拉第100万块4680电池的成功量产下线。不过，相较于2170 电芯早已达到99%的行业良品率现状，4680电池还有很大的提升空间。业界普遍认为，短期内，4680良品率达到95%左右将是一个很好的数字。
如此也就不难理解，在上述各企业公布的4680等型号大圆柱电池的量产时间线来看，多数企业将大圆柱电池批量生产的时间定2023年。
此次，特斯拉第100万块4680电池的量产下线，对该产业来说应该是一个良好的开端，未来随着更多电池厂商的相继入局，4680电池的良品率有望不断提升。中信证券研报认为，目前特斯拉4680电池已实现量产，有望引领产业变革。当前主流电池厂纷纷跟进，预计2023年迎来爆发。届时，这一全新的电池技术将对现有电池市场带来怎样的冲击与变革，值得期待。
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