近日，特斯拉弗里蒙特4680电池试点工厂产量突破100万的消息引起业界广泛关注，这意味着特斯拉在4680电池技术壁垒上取得了重大突破，同时也意味着距4680电池的大规模量产又进一步。本文整理了4680电池的技术创新、量产难点等多方面的信息以及最新进展，可以帮助读者快速建立对4680电池的了解和认识。4680电池是一种直径46mm、高80mm的圆柱体电池（经研究，对于电池来讲，能量密度提升时，功率密度会下降，直径46mm是圆柱电池兼顾高能量密度和高功率密度的最优选择），较一代的1860圆柱电池和二代2170圆柱电池主要有以下优势：4680电池直径和高度的增加，使电芯厚度增加，曲率降低，空心部分更大，内部活性物资的容量随之增大，从而导致电池组中所需电池数量减少（一代的1860圆柱电池需要7200+个电芯，二代2170圆柱需要4400+个电芯，4680电池仅仅只需要950个电芯）金属外壳占比减少，正极、负极等材料占比增加，单颗电芯的容量提高（5倍于2170电池）。有知情人士称特斯拉计划2022年第一代4680电池容量为98Wh、2023年第二代电池容量是108Wh、2024 年第三代电池容量是118Wh。4680电池创新的采用了全极耳技术（传统电池只有两个极耳，分别连接正极与负极，全极耳是直接从正极/负极上剪出极耳，缩短了极耳间距，增加了极耳面积），使电池电流通路变宽，内阻大幅减少，内部损耗随之降低（电池内部损耗功率与内阻的平方成正比），进而大幅提升了电池功率（6倍于2170电池）。圆柱电池热量多从极耳出散出，4680电池的全极耳结构增加了热量传输通道，大大改善了散热效果（只有传统圆柱电池的20%），增强了电池的热稳定性，从而提高了电池组的安全性。由于电池组所需电池数量减少，金属外壳占比减少，结构件和焊接数量也显著减少，成本随之下降（相比2170电池降低14%）。电池组中电池数量减少，对于电池的监测和状态分析更为简单。除了电池能量密度提高，由于4680电池尺寸更大、结构强度更高，可以配合特斯拉CTC技术，既节省了空间又减少了重量，在双重作用下，特斯拉车辆的续航里程也得到提升（相比2170电池续航提升16%）。
二.4680的“阿喀琉斯之踵”
特斯拉电池的优点虽多，但在工艺上存在难度，良品率较低，弗里蒙特工厂试制的4680型电池起初的良品率仅有15%~20%左右，到2021年，合作商松下电池和LG新能源将4680电芯的良品率提升到80%左右，而在最近的2022年1月22日的产品检测里，特斯拉弗里蒙特工厂14 条试生产线的4680电池良品率最终达到了92%，勉强符合量产最低标准（通常来说，动力电池大规模应用的良品率基准线为90%，如果良品率在80%以下，则大规模量产没有经济性）。良品率较低的原因和4680电池的整体结构不无关系，其整体结构是：一层隔膜，两端分别有一层铜箔和铝箔做负极和正极，但膜在卷绕过程中容易发生正负极微短路，当自放电流大到一定程度，就会产出不良品；从电池内部构造来看，采用的鱼鳞涂覆技术在涂覆不均的时候，也会影响良品率；此外全极耳与集流盘或壳体的连接需要采用面焊技术，相较于传统两个极耳的点焊，焊接工序和焊接量都变多，激光强度和焦距不容易控制，易焊穿烧到电芯内部或者没有焊，造成产品不合格。
自从在2020年9月份的“电池日”推出4680电池以来，特斯拉就开始在美国加利福尼亚州弗里蒙特工厂试制，目前特斯拉的合作厂商也在解决良品率和量产的问题。特斯拉的老朋友松下2021年在日本建立了一条生产4680电池的测试线，并将于今年 4 月开始试生产；LG化学也在2021年开始建设4680电芯试生产线，组装和电镀设备已经安装完毕，计划在松下大规模生产4680电池之前完成试产，量产最早预计在2023年。国内电池巨头宁德时代投资4.4亿美元的智能科技一体化电动底盘研制项目及智能动力系统项目（二期）日前在上海特斯拉超级工厂旁正式开工，不知是否在为特斯拉上海工厂装配4680电池做准备。据悉宁德时代共规划了8条4680产线，目标年产能12GWh，计划从今年开始大规模生产。除宁德时代外，亿纬锂能、比克电池、蜂巢能源等多家国内电池企业也在积极布局4680电池，但并未确认与特斯拉达成合作。马斯克曾表示不是所有特斯拉车辆都需要4680电池，例如Model 3由于车身尺寸问题，被部分工程师认为不适合装配4680电池，得州奥斯汀工厂生产的Model Y将率先搭载4680电池，考虑到Cybertruck和Semi的性能需求，很大程度上也会优先使用4680电池，未来随着良品率提升、成本下降，Model S和Model X 也可能会搭载4680电池。按照特斯拉的规划，4680电池的年产量在2022年要达到100GWh（可以满足约150万辆电动汽车的电池需求量），在2030年达到3TWh的年产量。目前特斯拉弗里蒙特工厂制定了10GWh的4680电池试生产产能；得州超级工厂规划的产能是弗里蒙特工厂的数倍，目前得州工厂4680电池生产线已经安装到位，特斯拉还将在该工厂旁新建一座电池阴极工厂以提高产能，未来得州工厂4680电池年产能有望超过100GWh；柏林超级工厂的4680电池厂房部分已经封顶，内部仍然在建设当中。目前来看，特斯拉投入4680电池量产后，前期仍需要着重于提升良品率（2170的良品率约在99%，专业人士认为4680短期内达到95%左右是一个很好的数字），加之得州工厂和柏林工厂正式投产时间待定，预计4680电池开始的量产节奏不会很快，在特斯拉2021年Q4财报会议上，马斯克也称4680的当前目标是降低成本和提升效率。后期其它两个工厂投产后，4680产能爬坡速度可能会迎来快速增长，届时，特斯拉车辆的产能必将进一步提升，成本进一步下降，一辆“2.5万美元”的特斯拉或将成为现实。 
