特斯拉4680电池制造工艺报告

与2170电池的单极耳结构相比，特斯拉4680电池采用了全极耳+集流器的设计。同时，主流方案采用在壳槽底部钻正极，激光焊接盖板密封壳槽的全新设计。 

超长续航：Tesla 4680电池能量密度提升>20%；特斯拉围绕特斯拉4680电池打出了“大电芯+全极耳+高镍高硅+CTC”的“组合拳”，同时实现了：

1. 快充：所有极耳优化电池热电性能，可承受4C以上大倍率电流；
2. 低成本：大电池+高能量密度，降低每瓦时成本。

此外，由于其优越的热安全性能和均匀的内应力分布，特斯拉4680电池比方形电池更适合高镍和高硅系统。

镍高硅特斯拉4680电池+CTC溶液。此外，LG、松下、三星、CATL、EVE等领先电池供应商也跟进部署了特斯拉4680电池。特斯拉4680电池在特斯拉和头部电池厂的推动下有望迎来拐点。

什么是特斯拉4680电池

特斯拉4680电池是一款直径为46mm，高度为80mm的电池。特斯拉4680电池与之前使用的2170电池相比，电池 容量增加了5倍，可使对应车型的续航里程提升16%，输出功率是2170电池的6倍。

 

特斯拉4680电池目前两种结构方案对比

传统方案

负极耳所在的一端正对钢壳槽底；正极耳从开口端引出，与正极端子焊接连接。采用脉冲激光熔透焊，将钢壳底座通过坡口焊接到负极极耳上。

• 优点：无负极集电板的结构不占用钢壳高度方向的空间，提高了空间利用率。
• 缺点：当电池壁厚度增加时，极耳很难通过熔焊牢固地焊接到外壳底部。

新方案

正极集流板直接焊接在正极上，正极卡在外壳凹槽底部的开口处，并有绝缘密封。

该电芯为全极耳结构，两端分别连接正负极集流器，极柱通过正极集流器与电池电连接，外壳与负极集流器电连接。盖板与外壳的槽口连接，防爆线蚀刻在盖板上。

特斯拉4680电池难点

新结构带来工艺实施和一致性挑战，影响电池良率。

1. 镀膜：全极耳镀膜的弧形边缘对设备精度要求更高（外圈比内圈越白越白，越到外圈极耳的长度越长）。
2. 标签切割：工艺要求较高。如果边缘未对齐，则标签粘合中会出现间隙。
3. 激光焊接：所有极耳焊接在集电板表面，焊点数量增加（特斯拉4680电池的焊点数量是21700的五倍以上）。
4. 注液：覆盖所有极耳后注液困难，影响连续生产。

 

使用高镍高硅的原因

原则上，特斯拉4680电池圆柱电池只是一种封装形式，不局限于材料体系。但从应用层面来说，高镍高硅更能充分发挥特斯拉4680电池大圆柱的优势，热性能比方形好，内应力分布均匀。

由于圆柱电芯的集成效率低于方形电池，也就是说，要做出同样能量密度的pack，圆柱电芯的能量密度必须高于方形电池。因此，要达到更高的电池组能量密度，自然需要高镍的气缸。

圆柱比方形更适合高镍。核心原因是方形高镍是面接触，单体电池体积大，体内产生的热量不易释放，热失控设计不易控制。

另一方面，铁锂化学性质稳定，对散热和热失控的要求比较高。低，所以方形CTP非常适合铁锂系的电池，充分发挥了方形高集成度的优势，但是热失控设计有一个难以克服的缺点。

特斯拉4680电池+铁锂已经失去了特斯拉4680电池在乘用车上的优势，未来可能会用在两轮车和电动工具上。另外，由于加硅后负极会膨胀，圆柱体的内应力分布比正方形更均匀，正方形在该方案下容易造成颗粒破碎，影响性能和寿命。因此，为了最大限度地提高电芯的能量密度，选择高镍高硅方案。

 

特斯拉4680电池的应用

硅基负极

硅基负极是下一代主流负极材料。特斯拉4680电池量产带动需求爆发。作为理想的下一代负极材料，纯硅的比容量是石墨的10倍。然而，纯硅在充电过程中会膨胀近 3 倍。目前，它掺杂了氧化硅。目前掺杂含量约为5%，特斯拉4680电池有望提高到10%以上。

锂氟硅

LiFSi是一种适用于高镍高压高倍率电池的新型锂盐。特斯拉4680电池使用高镍导致热稳定性降低，高充放电功率需要提高电解液的导电性。随着镍含量的增加，三元正极的热稳定性下降，结构稳定性变差。

特斯拉4680电池采用全极耳结构，追求高倍率性能。高镍、高倍率提高了对锂盐的性能要求。双氟磺酰亚胺锂（LiFSi）是一种新型电解质溶质锂盐，具有更好的低温放电和高温性能保持性、更长的循环寿命、更高的倍率放电性能和更高的安全性能。

聚偏氟乙烯

PVDF在电池中主要用作正极和隔膜作为粘结剂。

PVDF涂在与负极接触的一面，以增加粘度：

1. 提高硅碳负极粉末的稳定性；
2. 把它粘得更紧以增加能量密度；
3. 提高保液性。假设PVDF涂层为1μm，PVDF的密度为1.8g/cm³，1GWh耗电量约为20吨。

如果粘合剂（惰性材料）的量太高，能量密度和电导率会降低。预计特斯拉4680电池中PVDF的使用总量将增加到正极材料质量分数的6%左右。

 

设备

由于极耳排列紧密，很难对所有极耳都采用金属模切，并且在某些方案中，极耳的宽度沿极片长度变化，因此激光模切更为合适。激光焊接设备受益于特斯拉4680电池计划，叠片行业各大电池厂也计划有产能，有望迎来快速放量。

tesla 4680电池方案增加了所有极耳+集流器的焊接。与21700电池相比，焊点数量增加5倍以上，焊接设备数量增加3倍。焊接工艺难度大大增加，设备可能由原来的脉冲激光变为连续激光，价值会增加。

国产外壳生产设备凭借高效、价格、服务等优势，有望在锂电池结构件大幅扩张阶段逐步形成替代。