4680 电池是特斯拉于2020年“电池日”发布的新型电池,目标是容量提升5倍、续航里程提高16%、每千瓦时成本降低14%,整车重量减少 20%。 特斯拉透露,预计2022年初将交付首批搭载 4680电池的汽车,明年底产能有望达 100GWh。 松下代工,按特斯拉指导生产,国内一些厂商负责配套。
4680电池,是圆柱电池从较小的 1865 到 2170 之后,进一步做大的创新。1865 的电池容量一般为 2.6-3.5Ah,2170一般为4-5Ah,而 4680可以做到20-30Ah,电池容量有了5倍左右的提升。
4680电池 8 系(811)的能量密度到 300,9 系的能量密度到 350 - 400,最终目标取消钴成分。4680 电池使用 CTC 一体化设计,首先定位高端车型。磷酸铁锂使用 CTP 设计,用于低端车型。
对比刀片电池,本质上也是电池结构从小到大的创新,比亚迪刀片电池为138.5Ah(磷酸铁锂),近期蜂巢能源推出的短刀片电池为184Ah(磷酸铁锂)。
Model 3 需要 4680电池 4000 个,数量远小于 21700 的 1 万多个。作为对比,虽然方型电池的使用量为4680电池的 1/5,但散热型差一些。
松下 11月7日 表示,在技术上基本已准备好量产4680电池,准备迈向量产;亿纬锂能 预期在 2021年Q2 实现量产4680电池,但配方和特斯拉的 4680 配方不同。目前,特斯拉的主供应商是松下。
生产上,成本降低:制造设备成本比方型电池低40%以上,制造速度比相同容量的方型电池快2倍以上,五金件成本比方型电池便宜20%以上,集成比较简单特别是外部连结器焊接比较简单。
4680 电池有望驱动三元高镍电池发展加快,含硅负极材料的使用比例也将得到提升,而其外壳制造工艺、极耳焊接等环节或将出现相应进步与变化。4680电池将带来全材料体系ASP的提升,其中有增量逻辑的是硅基负极、碳纳米管、LiFSI、铜箔。 PVDF 的用量增加,主要是电池体积增加,电池极性增加。
正极:下一个目标是 911,去钴。加 PVDF 涂膜。
负极:硅碳负极若使用,则电解液里LiFSI用量增加,现在石墨中比较少,在硅碳上的添加量达到 5-6pct。2170 只添加了一点。硅碳负极的掺杂比例为 10%-15%,目前在贝特瑞合作,贝特瑞在和日本公司合作,贝特瑞使用氧化亚硅,技术成熟;日本使用纯硅路线,技术领先。
导电剂:会用到更贵的,现在用的是sp导电炭黑和多壁炭管,硅基负极带来单壁炭管应用,炭管增加 80%以上。
电解液:LiFSI 使用量升到 15%,目前的供应是比较紧张。
隔膜:基膜的材料会变化,目前的基膜的用量会减少 10%-15%,PVDF 的用量会大大提升。基膜+涂覆在未来可能会被取代,这个过程可能有二、三年。 硅碳/硅氧负极会在隔膜上涂PVDF,增强它的循环稳定性,抑制循环过程中粉料不脱落。隔膜的使用在会变化,可能是放弃掉隔膜,可能是一种新的隔膜体系。主要在日本进行测试。替代的方案是在隔膜上涂层,具体的数量不清楚。 正负极上的 PVDF 要大大增加,PVDF 增加 80-90%。
结构件:使用类似易拉罐的方式生产,易于灌装,提升效率。 松下装配线已经开始使用。
制造工艺,焊接工艺,涂覆工艺会要求更高。 过去一年,特斯拉把良品率从20%提升到接近80%,这个过程也反映了4680电池的制造工艺几乎是从零起步。4680大圆柱电池,工艺思路类似方形,但制造工艺既不能基于现有方形,也不能基于现有小圆柱,需要整个产业从零做起,这就不难理解特斯拉2020年时的良品率只有20%。