從Model S的18650再到Model 3的2170電池，特斯拉這位『插班生』竟一直走在電池行業(yè)前列，有時候甚至可以稱之為電池標(biāo)準(zhǔn)風(fēng)向標(biāo)。2020年9月23日，特斯拉股東大會暨電池日活動現(xiàn)場，特斯拉率先發(fā)布了無極耳、硅負極、無鈷技術(shù)加持的最新4680電池，如今，在各界的高度關(guān)注下，搭載4680電池的車型量產(chǎn)和交付日期也浮出水面。
今年2月份，特斯拉發(fā)布推文稱在加州工廠生產(chǎn)了第100萬塊4680電池，這預(yù)示著4680的即將量產(chǎn)。果不其然，2個月后，特斯拉官宣準(zhǔn)備向美國德州工廠附近的Model Y預(yù)訂者交付首批配備4680電池的Model Y，據(jù)外媒Drive Tesla Canada報道，其起售價格為5.999萬美元（約合38.1萬元人民幣）。
這再一次點燃了大家對4680量產(chǎn)車輛的期待，從18650到2170，再到如今的4680，特斯拉用在業(yè)內(nèi)看來飛一般的速度在繼續(xù)著自己的『三電革命』。當(dāng)然，在一些消費者看來，從18650到4680，好像只是將5號小電池變成了2號大電池，也算不上什么黑科技，那業(yè)內(nèi)為何如此看好，我們接著往下看。
■ 4680『神』在哪里？
很多消費者可能對電池的數(shù)字命名感到困擾，我們先來簡單地了解一下其命名規(guī)則。以4680為例，它其實指的就是「直徑」46mm、「長度」80mm的電池，其實4680的末尾還有一個0，代表的是「圓柱形」電池，但我們一般把它舍棄掉了。所以舉一反三，后文我們會提到的1865/18650、2170/21700這類命名，大家便很好理解了。
好了，了解完命名規(guī)則，我們就來一起對這個體積膨脹數(shù)倍的『大塊頭』來個深度摸底，先看看官方是怎么宣傳4680的，然后我們再看看特斯拉玩了哪些小心思。
5倍能量提升
4680電池直徑和高度的增加，讓其體積來到了2170電池的近5.5倍，但體積的增大讓電池組中所需電池數(shù)量大大減少。舉個栗子，同樣的電池包容量下，18650需要7200多個電芯，2170需要4400多個電芯，4680只需950個電芯。
根據(jù)特斯拉的數(shù)據(jù)，4680單顆電芯的能量確實提高到了2170的5倍，但特斯拉也在這里玩了一個文字游戲，因為與『膨脹』的5.5倍體積相比，4680的單位能量密度并沒有明顯的提升。不過大體積也意味著4680電池在成組時，可以『切掉』大量輔材，在單位體積內(nèi)放入更大容量的電池。因此相比之下，4680電池能讓整車的續(xù)航里程有了16%的提升。
特斯拉聲稱，對于圓柱形電池而言，直徑46mm是經(jīng)過反復(fù)的試驗?zāi)M后，得到的能結(jié)合高能量密度和高功率密度的最佳選擇。有知情人士稱，特斯拉計劃2022年第一代4680單顆電池容量為98Wh、2023年第二代為108Wh、2024年第三代為118Wh，這么看下來，未來標(biāo)準(zhǔn)續(xù)航版車型達到700km的續(xù)航不是夢。
6倍功率提升
馬斯克之所以能在發(fā)布會現(xiàn)場宣揚4680電池的功率是松下2170電池的6倍，這主要歸功于4680電池的核心改進——「無極耳」工藝。
如果各位小時候像我一樣皮，因為好奇心拆過電池，那么就會發(fā)現(xiàn)，圓柱形電池的制造方式和卷紙一樣，是一層層裹起來的，然后再分別在正負極放上一個極耳，放電充電時候，電子都從極耳經(jīng)過。上圖是18650和2170電池的橫切面，但4680比這大多了，所以隨著電池體積增大，內(nèi)部卷紙也越來越『厚』，有些電子就需要趕很長的路才能來到極耳，這個時候，電池的充放電效率便會受限，并且會因更大的內(nèi)阻而產(chǎn)生更大的熱量。
特斯拉一看，那我不如不要傳統(tǒng)意義的極耳了。于是4680在工藝上，直接把原來正極負極連接處的膠減掉了，焊接上采用激光技術(shù)，電子進出不用再繞路，出門就回家，開心又瀟灑。于是這種「到處都是極耳」的工藝便被稱為「無極耳」技術(shù)，對于這種工藝，業(yè)內(nèi)也有專家稱其為「全極耳」，妥妥的『無招勝有招』。
從原理上看，4680電池的創(chuàng)新更多的是結(jié)構(gòu)層面，不涉及材料體系。在焊接上，4680采用了更先進的激光技術(shù)，并且正負極添加了PVDF涂層，采用更多的鋁箔和銅箔來保護電極材料。除此之外，4680電池還具備硅基負極、干正極等亮點技術(shù)，這讓4680不僅實現(xiàn)了高效的充放電效率，讓其可以實現(xiàn)15分鐘從10%的電量充到80%，還順帶解決了發(fā)熱量過大的問題，保證了電芯安全。
成本降低56%
我們在前面也有提到，由于電池組所需電池數(shù)量下降，金屬外殼占比降低，結(jié)構(gòu)件和焊接數(shù)量也顯著減少，所以4680的成本相比2170電池降低了14%。另一方面，更少的電池數(shù)量也讓BMS（電池管理系統(tǒng)）對于電池的監(jiān)測和狀態(tài)分析更為簡單，開發(fā)成本也可以相應(yīng)降低。
根據(jù)特斯拉在電池日公布的資料顯示，特斯拉有信心通過4680等創(chuàng)新科技將單位成本下降56%，電芯設(shè)計占14%、電芯工廠占18%、負極材料5%、正極材料占12%、電芯底盤集成占7%。如果能按照設(shè)計目標(biāo)實現(xiàn)量產(chǎn)，那么對于消費者是重大利好消息。
總的來看，無論是能效還是成本，4680比起『前任』們都是更加優(yōu)秀的，這也是特斯拉未來會強推4680的主要原因。4680電池的到來，確實能夠更快地實現(xiàn)特斯拉『2.5萬美金以下的整車』的企業(yè)愿景，那么問題來了，消費者有必要第一時間『上車』嗎？
■ 首批車主 or 等等黨？
4680這么香，消費者一定會更關(guān)心『我是做首批車主 or 等等黨』。別急，我們做了一些數(shù)據(jù)分析，希望給到大家一些參考。
續(xù)航長了嗎？
我們先來看一組數(shù)據(jù)，早在今年2月份，推特上一位特斯拉研究者@Troy Teslike就爆出了特斯拉在2022年-2024年對于4680電芯的性能升級規(guī)劃：2022年量產(chǎn)的第一代，單顆容量98Wh；2023年量產(chǎn)第二代，單顆容量 108Wh；2024 年會來到第三代，單顆容量 118Wh。
按照Troy的預(yù)測，今年的4680電池的電芯容量為98Wh，那么它的「體積能量密度」大概是 737wh/L，是略低于現(xiàn)款2170電池778wh/L的數(shù)值的，但在2023年之后，4680的電芯容量會實現(xiàn)實質(zhì)性的提升。不過今年4680電芯的「重量能量密度」已經(jīng)超過目前的2170電池，達到 276Wh/kg。
結(jié)論：在能量密度方面，2022年的4680電池對比目前的2170電池并沒有明顯優(yōu)勢，但在CTC技術(shù)（電池包成為車底盤結(jié)構(gòu)的一部分）的加持下，續(xù)航或有小幅提升。
充電快了嗎？
但大家不要忘了，憑借「無極耳」等一系列改進創(chuàng)新的工藝，4680電池在充放電效率上有質(zhì)的提升。目前特斯拉最新的超充技術(shù)為Supercharger V3，其峰值功率為250kW，在當(dāng)下業(yè)界仍處于頂尖的水平。早在2021年6月，馬斯克就曾表示V的功率將會進一步增加，預(yù)計會有280kW、300kW和350kW的版本。
而近日就有外國網(wǎng)友的爆料，特斯拉在北美的V3超充樁峰值功率將在今年晚些時候從目前的250 kW增加到324 kW，并且更高功率的V4超充樁隨后也將到來。
結(jié)論：在充電效率方面，尤其是Supercharger V4出來之后，4680電池的優(yōu)勢將會進一步體現(xiàn)，為車主的日常使用體驗帶來明顯的提升。
價格低了嗎？
最后一點，因為搭載4680的車型都用到了特斯拉最新的CTC技術(shù)和前后兩段一體式壓鑄機，這三大黑科技的目的都是「降本增效」，所以得益于優(yōu)秀的成本控制，搭載4680電池的車型價格可能會同步降低。以之前曝光的員工郵件來看，美國德克薩斯州奧斯汀工廠生產(chǎn)的4680標(biāo)準(zhǔn)續(xù)航版Model Y的起售價格為5.999萬美元（約合38.1萬元人民幣）。
目前第一批新車疑似僅向員工交付，5.999萬美元（約合38.1萬元人民幣）的價格相比美國官網(wǎng)在售的入門車型（Model Y長續(xù)航AWD版）6.299萬美元（約合40萬元人民幣）的價格也已經(jīng)便宜3000美元（約合1.9萬元人民幣），雖然看起來比國內(nèi)的起售價還是高出不少，但是需要明確的是，北美銷售的Model Y的入門車型便是雙電機的四驅(qū)版本。
結(jié)論：我們有理由相信，未來如果搭載4680電池的車型進入國內(nèi)，那么大概率還是Model Y，同時在價格上會比老款的同配置有一定程度的降低。
一路看下來，搶做4680的首批車主貌似不算『韭菜』，但需要提醒的是，因為特斯拉和寧德時代的動力電池訂單簽到了2025年，國產(chǎn)特斯拉Model 3和Model Y的標(biāo)續(xù)車型仍會配套寧德時代的「磷酸鐵鋰」電池，而長續(xù)和高性能車型則會繼續(xù)配套韓國LG的「三元鋰」電池；同時4680電池的產(chǎn)能以及良品率還在爬坡，開篇的100萬塊電池下線看著很唬人，但就算良品率100%，這數(shù)量頂多也就裝1000臺Model Y，塞牙縫都不夠。綜上所述，4680大概率是沒有那么快來到國內(nèi)的，所以這一波啊，這一波是『等等黨』的勝利！
■ 淺談特斯拉電池進化史
上文我們也提到，4680電池已經(jīng)是特斯拉電池進化的第三個階段。在此之前，第一階段的斯拉采用的電池為18650，和我們現(xiàn)在使用的充電寶內(nèi)部電池一致，現(xiàn)在小牛電動車也依舊采用18650，而第二代電池是2170電池，第三代電池便是現(xiàn)在的4680電池。
初代開局：18650電池
可以說，特斯拉的發(fā)家和18650有著密不可分的聯(lián)系。之前有看過我們的通用新能源史的朋友一定記得， 當(dāng)年通用EV1項目失敗之后，幾名通用研發(fā)工程師出來創(chuàng)業(yè)造出鉛酸電池車T-Zero，后來T-zero將「鉛酸電池」換成了「18650鋰電池」，續(xù)航里程達到了驚人的480km，于是眾人大喜過望，直接成立了一家新的電動車公司，于是特斯拉誕生了，其旗下的首款產(chǎn)品Roadster便開啟了特斯拉為期9年的18650之路。
優(yōu)勢：18650是當(dāng)時商業(yè)化最早，其在常規(guī)電子產(chǎn)品上的應(yīng)用極為廣泛，生產(chǎn)自動化程度最高，成本相對較低的一種動力電池，并且多年經(jīng)驗積累讓其良品率和一致性有較高保證。所以18650毫無疑問地成為了特斯拉的『開局裝備』之一。
不足：18650并非專為電動車的驅(qū)動電池而生，電池成組后的能量密度并不高，而且因為體積小，電池組動則5000+的數(shù)量讓BMS（電池管理系統(tǒng)）的管理工作更復(fù)雜。
代表車型：特斯拉第一代Roadster、Model S、Model X
二代進階：2170電池
隨著特斯拉對續(xù)航提升和成本降低的訴求越來越高，2017年，特斯拉與松下聯(lián)手開發(fā)的2170電池面世，由特斯拉 Gigafactory 超級電池工廠生產(chǎn)，并在Model 3上面完成了首次搭載。馬斯克曾自信地表示『這款電池（2170）將會是全世界最高密度而且最便宜的電池』，可見2170對比18650有了長足的進步。
優(yōu)勢：相比于18650電池，2170電池組的整包能量密度得到進一步提高，同時2170電池新增的多極耳也讓其充電速度更快。當(dāng)然因為體積的增大，2170電池可以用更少的電芯組成相同容量的電池包，BMS的控制管理和保護算法更簡單了。
不足：雖然體積尺寸上增大稍微改善了18650電池的不足之處，但2170電池最大的不足同樣在于能量密度上，與方形電池相比還有些許差距，只能算是4680的過渡產(chǎn)品。
代表車型：特斯拉Model 3、Model Y
三代進化：4680電池
其實在2170電池才『上車』的時候，特斯拉就已經(jīng)在為4680做準(zhǔn)備了。2017年與「鋰電池先驅(qū)」Jeff Dahn建立了研究伙伴關(guān)系，共同探索最合適的電池尺寸，并于2020年提出了「無極耳」的設(shè)計方案，于是就有了本文的主角——4680電池。
優(yōu)勢：4680中的46，是特斯拉探索出的續(xù)航提升和降低成本的最優(yōu)解，這一點得到了大部分業(yè)界同行的肯定。同時，4680電池在負極的石墨中加入了硅，進一步提高能量密度和充電速度，體積的增大和「無極耳」設(shè)計的加入，讓BMS的控制管理大大簡化，制造成本再創(chuàng)新低。
不足：高鎳會讓電池內(nèi)部更加活潑，控制單體熱失控發(fā)生率是一項考驗。其次，4680目前的良品率和產(chǎn)能還在爬升階段，實現(xiàn)大規(guī)模量產(chǎn)還需時日。
代表產(chǎn)品：未來的特斯拉Model Y、電動皮卡Cybertruck、電動卡車Semi
■ 邦點評
從一體式壓鑄、CTC電池封裝，再到4680電池的到來，特斯拉讓我們看到了敢為人先的創(chuàng)造力和執(zhí)行力，這也是特斯拉能領(lǐng)跑行業(yè)的內(nèi)核驅(qū)動力。盡管已2年未上市新車型，但很明顯，特斯拉一直在為其旗下的產(chǎn)品武裝最新的科技成果，以『加量降價』的強勁競爭力，倒逼整個汽車行業(yè)不斷進步。從最不被華爾街看好的一家公司，特斯拉『積小流以成江海』，一步步成長為行業(yè)巨頭，這背后的哲思或許值得所有車企學(xué)習(xí)。
