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4680型无极耳电池，是特斯拉发布的新型电池类型，据介绍，该电池能量方面提高5倍，续航里程提高16%，动力方面提高6倍。  特斯拉4680电池是指电池直径46毫米，高80毫米，以尺寸命名。形状为圆柱形，与主流方形电池不同。特斯拉4680电池目前采用的是三元锂电池技术路线，不排除后续会推出磷酸铁锂电池。  4680属于三元高镍电池，正极材料采用的是NCA（镍钴铝），高镍电池的镍钴铝3种金属常见配比为8:1.5:0.5。镍钴铝是三种金属元素，故称为“三元锂”，三元锂一般分为NCA和NCM（镍钴锰）。  4680电池在负极材料上与主流电池也有所不同，主流以石墨为主，4680电池使用的是硅基负极，该材料特性是比容量高，但存在硅易体积膨胀、导电性差、首次充放电损耗大等问题。为了在能量密度和稳定性之间找到平衡点，目前的做法是将硅和石墨混合使用。  4680在工艺上，正负极添加了PVDF涂层，采用更多的铝箔和铜箔来保护电极材料，导电性更灵敏。而无极耳设计，把原来正极负极连接处的胶减掉了，降本增效，焊接上采用激光技术。  4680电池优点和缺点都有哪些？ 1、比之前的2170圆柱电池大5.4倍，电池容量提升5倍，整车续航提升16%，采用无极耳设计，充放电速度提高6倍，有望降低电池内部电阻至原来的五分之一，产热更低更安全； 2、4680搭配CTC方案使用，即电芯直接集成到底盘，提升电池系统能量密度、整车减重、提高生产效率，在乘坐上有更多的优化空间； 3、缺点是无法确定是否会出现电池内部散热难度增大、电芯膨胀、导致电池寿命缩短的问题。  柏林的4680电池更像是Plaid版的Model S/X的电池包的布置，横向的大模组满排不留空隙。  而最新的奥斯汀的方案更像是Model 3/Y的结构，分别是4个长条block。  每个block中有3列电芯组成，每两列布一根温控管，每列由35 34=69个电芯组成。  所以每个block就有69x3=207个电芯，整个电池pack就有828个电芯。  为什么横排变竖排？  到底是横排好还是竖排好？ ▲横排 ▲竖排 大家猜猜这两个排列，哪个是横排、哪个是竖排？ 左边是纵向排列的，右边是横向的，这两种排列方式是完全不同的。 这张图就是横向排列。 温控管是这样排列的。 每根管道都能很好的控制两边的电芯，每一排温控管都能控制两排电芯，沿途的这些电芯的温度都能很好的控制。 当然，竖着布置温控管也是可以的，但沿途的电芯因为接触面积有多有少，控制能力就参差不齐了。 这两张图的电芯数量其实是一样的，只是电芯排列方式不同，左边是竖排，右边是横排。 对于电动车而言，竖排更安全，为什么？因为竖排更窄，两侧和中间就可以布置更大的缓冲结构，增加安全性。 大家看柏林展出的电池包两侧都填满了，已经没有地方设计缓冲区了。 而且温控管的接口也在侧面，侧面碰撞的毁坏几率大大增加。 而最新展出的奥斯汀的结构，我们看到电池包的两侧有更大的空间，做更多的缓冲设计。 特斯拉在两侧各加入了25厘米宽的缓冲泡沫结构，以及车身框架的缓冲结构。 而且电池内部还有纵向间隙增加了安全性。 当然不止于此，纵向的另一个好处是惯性矩，根据物理学知识，距离重心越近，惯性矩越小，则车辆转向越灵活， 左边的长方形中心到两边的距离比右边的要短，所以车辆就可以更灵活。 而且，还不止于此，纵向排列大大简化了车辆的内部结构，怎么解释呢？ 横向布局的电池，一般是这样串联起来，热管理系统管道布置在另一侧，会跟电路有很多重合，情况复杂。 纵向的电池包，温控系统是这样布置的，都放在车头，这样距离热泵很近，而且这些管线是双向的，可以大大节省管线的长度和能量的损失，而充电孔以及和动力电相关的设备都可以放在车尾。 这是最新曝光的管线接口，一个口进、一个口出。 是单排双向的，既节能又大大简化走线、节省了材料。 之前我们猜测特斯拉会采用像Lucid Air那样的，用电芯端部温控板来控制温度的结构。 而电池日展出的图片，电芯内部并没有管线，而且是横向排列，这样的集成度更高，可以放入更多的电芯。 我们知道4680采用的是无极耳、或者说是全极耳的设计，电池单体的直径越大，电芯的散热越困难。 而1865和2170的侧面温度会比较高，但4680因为无极耳的设计，热量向底部扩散传导比较多，所以采用底部散热似乎效率更高。而且特斯拉前段时间也申请了端部散热的专利。 为什么至今没有采用呢？ 因为马斯克之前说过，在Model S Plaid交付之前，特斯拉团队曾经做过一个续航超过1000公里的超长续航的版本，但牺牲了操控性，而汽车在大部分时间里都不会用到这么长的续航，却要始终背负更多的电池，效率就会降低，最终他放弃了这个版本，我猜测马斯克说的这个版本就是电池上把电芯横向排布、能够插入更多电芯的版本。 取消侧面的温控管线、采用端部控制温度，但这样的方案就会有我刚才上面分析的那些劣势，所以这也是一个取舍的过程。显然马斯克更看重的是操控和效率。 这次整个电池包泄压阀的设计似乎也做出了改变，跟柏林展示的也是有区别的，柏林的是在侧面。 ▲座椅直接安装在电池包上 ▲座椅直接安装在电池包上 ▲整车爆炸图 ▲整车爆炸图 除了布局的变化，4680电池本体也变化巨大。 当时柏林展示的电池形态。 连接方式也换成了这种更高效的方式。 而这次展示的电池顶部是这样的。 盖子的封装方式也发生了变化。 电池的底部之前是这样的。 现在变成了这样，所以盖子的封装方式一定是经过了重新设计，有可能是为了在极端的情况下方便排气，在电池报废以后，方便特斯拉对电池进行原料的回收。 这张图展示的是21700比18650多卷的材料，那4680就需要更多、更长的材料。 这是整捆的电极材料，图中这是铝箔。 新花纹的盖子，它对应是铜箔那一面，它是Anode，是阳极。 另一端是铝箔，所以是阴极。 然后将电芯压入电池外壳，紧接着不等封盖子就直接灌入电解液。 短短几个月，4680电池从内部到封装再到排布，甚至制造工艺，都经历了天翻地覆的变化。 可以说迭代的速度惊人。 ▲电池封装 ▲电池pack安装到底盘上 结构性电池底盘的安装过程，前排座椅直接安装在电池包上。 后排座椅的样子。 整个车体底部与pack对接部分的画面。 马斯克曾经信誓旦旦地说要把Model Y的整车线束长度缩短到100米，虽然没有做到，但目前这个水平也可以算作业界翘楚了吧。 德州会是部署压铸机最多的工厂。 Cybertruck内外几乎全新的设计，将会运用特斯拉所有最新的技术，并且是HD4.0的硬件和最新的道路感知配置。 老马又立flag：明年要让Cybertruck和semi这些困难户挨个量产。 参考文献： 知乎《解密特斯拉最新4680电池包升级！4680 Battery Update！》，作者：Spotlight。 |
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