最近請教了一位產業鏈的朋友關于4680大圓柱電池的信息，我節選了一些我認為最有價值的內容，并且根據我的理解做一些重新闡述。

圖1 松下從1865、2170和4680的迭代

Part 1 4680帶來的能量提升

某廠家4680電芯規格（目前估算為0.65元每瓦時，應該比21700低一些）

石墨+高鎳：26Ah，能量密度283wh/kg

硅碳+高鎳：30Ah，能量密度300wh/kg

與之做對比的是，松下早期的NCA的能量密度是254.8 Wh/kg，LG的811電芯的能量密度是248Wh/kg。

圖2 特斯拉的4680和21700的差異在點電量差異比較大

21700：4個模組，4400多個電池，能量密度170wh/kg

46800：無模組，960個電池，能量密度215wh/kg

在特斯拉的傳統方案中，21700一般有4個模組，兩個大模組，兩個小模組， 21700電池重量大概是312公斤，使用4400多個電池。

4680是900多個電池一起排列，沒有模組，結構件重量只有12公斤。4680有336公斤，因為它是960個電池。4680大概只有90公斤，因為它在BMS上有一些優化。電池包的重量，21700是474公斤，4680大概只有438公斤左右。21700pack是170wh/kg，4680是215wh/kg。

備注：這個數據是從特斯拉來的，實際我們都也沒見過，實在高得離譜，我個人覺得已經超過我的想象。

按照調研的結果，這個國內版本的4680電芯，正極材料采用811三元高鎳體系，負極是人造石墨（隨著開發的進一步發展，可能會向硅負極轉化）。

電芯工作電壓為2.8V-4.2V，設計的快充時間是20分鐘充電至80%，單個電芯重量約為355克，1/3 C循環壽命可以做到1500度循環（80%容量保持率）。

在這樣的設計參數下，基于CTC的4680電池包可以做到95個千瓦時，對應21700是82千瓦時，電池包容量提高了15%左右。

目前在制造4680電芯過程中，遇到的問題主要是工藝的匹配和自動化設備的匹配。4680相比較于21700的制造工藝存在差異，舉例來說：

• 在 涂布工藝上，全極耳一定的弧形造成對設備的精密度要求更高，外圈留白比內圈留白會越來越多；
• 分切工藝的要求也更高，如果邊不齊，造成極耳貼合出現縫隙
• 點焊工藝來看，全極耳激光點焊會造成焊點增加（4680的焊點數量相比21700提高五倍以上）

在制造中，電芯企業需要和設備廠家針對這些細節做相對應工藝的優化，才能實現把良率提高到可以接受的范圍內。

對于特斯拉來說，隨著4680的推廣，將來在國內需要有兩三家代工廠來實現更大的產能。從時間進度來看，國內的龍頭企業也投入了一些資源在開發4680并且后面投入產線，預計在2022年年底或者2023年上半年SOP，國外圓柱龍頭可能在2022年出量產產品。

Part 2 一些工藝的討論

從調研來看，全極耳有兩種實現的方式：

1）先切割后卷繞：通過計算，在卷繞之前就切成很多份，卷繞時切開的部分就是一條直線，然后再焊接。按照這種工藝，良率可以實現60%+

2）先激光模切后卷繞：卷繞后再對留白銅箔激光模切，對精度要求很高。如果兩層銅箔之間有縫隙，激光能量比較大，會造成不同銅箔之間的間隙不一樣，還有可能切到材料。造成內阻不一樣。在這種工藝下，良率可以提升到70%+

圖3 工藝的實現方式

從材料來看，

正極：811體系高鎳正極和原來沒有太大變化

負極：采用硅氧基更合適，硅碳的體積膨脹比硅氧大很多，從目前來看不安全

隔膜：雙面陶瓷和一面陶瓷一面PVDF，使用硅負極后可能有一面用陶瓷，一面在陶瓷的基礎上涂一層1μm的PVDF。這是為了抑制硅負極的膨脹，PVDF可以保留離子的傳輸通道,同時提高極片上負極粉的穩定性，防止脫落，增加循環。

電解液：使用硅負極添加的電解液會比高鎳多6%。

集流體：箔材方面，正極沒有太大變化。

碳納米管：正極導電劑以碳管為主，主要用多壁碳管和SP來進行配合；用量在1%左右，811體系對碳管純度要求高，如果存在金屬雜質的話，在使用過程中會有金屬析出，影響材料性能。

粘接劑：石墨體系使用CMC和SBR，換成硅極后可能使用改進的SBR，CMC加得少一些，在SBR上加一些羧基的官能團，這樣和硅可以形成一些化學鍵，能夠穩定充放電過程中的體積變化。另外一種方案是使用PA聚丙烯酸（還不成熟）。

小結：我覺得挺有用的，供各位參考。