1.4680电池采用新设计、新配置，良率的突破是量产的关键。
一、什么是4680？为什么是4680？
4680是什么？480电池，即直径46mm、高80 mm的电池，于2020年9月特斯拉电池日首次公开发售。与特斯拉之前使用的2170电池相比，4680电池的电池容量是之前的5倍，可以将相应车型的续航里程提高16%，输出功率是2170电池的6倍。
为什么是4680？46:从21mm到46mm，增加单个单元格的大小可以稀释非活性物质的比例，降低固定成本和BMS管理难度。46mm以后，热管理难度增加，降本收益为负。因此，46mm是增加电池尺寸后成本降低最大的最佳优势。80: 80mm的高度比之前的70mm增加，可以在不恶化径向散热的情况下增加单体容量。一般是因底盘设计不同而异。比如宝马用4695。
二。4680两种现行结构方案的比较
传统方案：负极耳一端朝向钢壳凹槽底部；正极接线片从开口端引出，通过焊接与正极端子连接；采用脉冲激光熔透焊接，钢壳底座通过坡口与阴极全极耳焊接连接；优点：无负极集流体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：当电池壁厚增加时，很难通过穿透焊将极耳与壳体底部焊接牢固。
新方案：正极集电板直接焊接在正极上，夹在外壳的槽底开口上，两者之间有绝缘密封；电芯为全极耳结构，两端面分别连接正、负集流板，极柱通过正集流板与电芯电连接，外壳与负集流板电连接；盖板上蚀刻有防爆线。
2.特斯拉推出4680电池“组合拳”，全球头部电池供应商紧随其后。
一、特斯拉：4680全极耳高镍高硅干电极CTC=电池寿命长，充电快，成本低。
为什么要用全极耳？3354打破了能量和功率密度不能同时提高的约束。
电：减少电子的通过和内阻。270个电子流过集流体中整个卷绕极片的展向长度，根据铜的导电性，路径约为1000mm。
发热：产热方面，电阻降低，产热减少(全极耳电池的产热仅为单极耳的1/5)；散热方面，沿径向形成强导热路径，只能在底部布置冷板(原2170为蛇形管的冷却侧壁)，热量管理难度大。
在2170/18650的极片上，应为接线片预留空白区域。全耳可以避免斑马纹涂层，简化工艺。
为什么2170上没有广泛使用全极耳？
当时对快充性能要求没有现在高；事实上，有少数情况下，2170使用全极耳。比如比克电池曾经为一款跑车配套2170全极耳电池；相比4680，2170空间有限，不好操作；同时集流体与电池体积比高于4680，影响能量密度。所以大电池是全极耳应用的前提。
为什么要用高镍高硅？高镍高硅的方形CTP有什么区别？
4680圆柱形电池原则上只是一种封装形式，不限于材质体系。但从应用层面来说，高镍高硅更能发挥4680大圆筒比方圆筒热性能更好、内应力分布更均匀的优势。
能量密度：由于圆柱形电池的集成效率低于方形电池，也就是说，要制作一个能量密度相同的电池组，圆柱形电池的能量密度必须高
另外，由于加入硅后负极会膨胀，圆柱形的应力分布比方形的更均匀，方形在这种方案下容易造成颗粒破碎，影响性能和使用寿命。因此，为了提高电池单元的能量密度，选择具有高镍的高硅方案。
高镍高硅4680cctc vs磷方CTP？
CTP是电池厂从OEM手中夺回包的产值，CTC是OEM从电池厂手中抢夺话语权的手段；特斯拉自制电池，除了掌握CTC技术，还有拉低供应商价格的功能；所以未来特斯拉的电池供应格局有望出现：1)中低端：外置磷基方形CTP;2)高端：部分电池由厂外供应，供应镍硅含量高的4680 CTC。
低成本实现路径
低成本=用大型电池稀释惰性材料的成本。稀释尽可能高的能量密度。单一仓库的总成本。简化生产流程，节约成本。
非活性材料成本：以结构件为例，2170电池壳盖2元，4680目前10元左右，长续航M3需要2170/4680的4400/960电池，目前对应单车8800/9600的数值，所以单车电池结构件成本基本相同。量产后降价空间巨大(假设成本能降低30%，单个结构件比2170能节省2000元左右)。2170 vs 4680，包面积：2.7:2.57；包装功率：95:82。(报告来源：未来智库)
使能量密度尽可能高：石墨高镍能量密度283wh/kg(vs LG2170 247wh/kg)，硅碳83高镍能量密度300wh/kg，91高镍能量密度350-400Wh/kg。
不同产量下的每瓦时成本：百分之九十七-百分之九十八高镍含量石墨对百分之九十五平方：0.65对0.6。60%-70%产量的4680为0.8-0.9。
——元的生产过程中节约的成本，主要得益于上一节的干电极技术：将正负极颗粒与聚四氟乙烯(PTFE)粘结剂混合，使其纤维化，然后直接用粉末卷成薄膜，压制在铝箔或铜箔上，制成正负极片。可以省去复杂的辊压和烘干工序，大大简化生产工艺，提高生产效率，节约成本。
二。产业链：Rivan、Lucid都用了2170，宝马立项，全球头电池厂进入市场。
产业链怎么走？
车辆：特斯拉2021年交付94万辆，同比87%。2022年交付目标增长50%。
特斯拉和柏林工厂已经开始试产，本季度德州工厂将交付第一批Model Y；配备4680；与此同时，特斯拉于2022年2月19日在社交媒体上宣布，已于1月生产出第100万块4680电池；此前，在2020年的电池日，特斯拉已经计划到2022年拥有100GWh的电池容量。考虑到建设进度的延迟，2022年的有效容量约为5-10GWh。美国造车新势力Rivian和Lucid Air已经应用了2170电池，由三星SDI提供，LG预计稍后也会切入。宝马也有4695电池开发计划，将应用于下一代车型。
电池厂：对于特斯拉来说，随着4680的推广，未来需要在中国有两到三家代工厂才能实现更大的产能。
各大电池厂跟进布局4680电池，预计2023年将迎来爆发元年。
海外：特斯拉率先宣布2020年9月，将开始交付Model Y；2022Q1配4680电池；松下计划2022H1在日本国内开始试产4680电池，2023年量产；LG将扩大韩国五仓工厂4680电池产能，计划2022-2023年量产；三星SDI计划在2024年实现量产。以色列公司Storedot2021在2021年9月宣布成功生产出第一块4680电池，并计划在2024年实现量产；
国内：当代安培科技有限公司正在加快R&D步伐，计划2024年量产；BIC 2021年3月在CIBF展出大圆柱产品，预计2023年量产；伊威锂电
库仑效率首次是硅碳负极的短板：锂电池首次充电过程中，有机电解液会在石墨等负极表面被还原分解，形成固体电解质界面(SEI)膜，永久性消耗负极大量锂，导致电池容量不可逆损失。目前石墨的不可逆容量损失在6%以上，而对于高比容量的硅基阳极，不可逆容量损失甚至在10% ~ 20%以上。
除了初效低，循环过程中SEI膜还会“呼吸”再生，降低循环寿命，补锂需求更强烈：硅碳阳极比石墨阳极膨胀更严重，导致阳极材料不断粉化、脱落，增加与电解液接触的表面积，从而形成更厚的SEI膜；
正极补锂原理：在正极浆料混合过程中加入少量锂容量高、脱锂电位低的材料(补锂剂)，充电时李率先从补锂剂中脱出，抵消SEI膜造成的不可逆锂损失，提高电池有效容量，弥补硅碳负极在首次库仑效率上的短板。
碳纳米管：硅碳阴极会拉量单壁碳纳米管。
由于硅碳负极材料导电性差，需要添加碳纳米管来增加活性物质之间的导电性，提高电池的能量密度。根据石墨烯片的数量，碳纳米管可分为单壁碳纳米管和多壁碳纳米管：多壁碳纳米管刚性高，而单壁碳纳米管柔韧性强，长径比较高，有效添加量仅为0.1%，可有效解决硅碳电池充放电过程中产生的体积膨胀和裂纹等问题；目前，天奈科技有限公司是全球领先的碳纳米管公司。公司已布局硅碳阳极导电浆料技术，可转债方案落地，产能扩张将加速。此外，炭黑龙头企业石大盛华、黑猫等化工企业也在积极布局碳管生产；480电池带来的硅碳阳极量的增加会带动单壁碳纳米管的量。单壁CNT粉价格约1300万元/吨，在负极中约占0.1%。
LiFSi:一种适用于高镍、高电压和高倍率电池的新型锂盐
高镍在480电池中的应用导致热稳定性下降，充放电功率大，这就要求提高电解液的电导率。随着镍含量的增加，三元正极的热稳定性降低，结构稳定性变差。480采用全极耳片结构，追求高倍率性能。高镍率对锂盐的性能要求更高。
双氟磺酰亚胺锂(LiFSi)是一种新型电解质溶质锂盐，具有较好的低温放电和高温性能保持性、较长的循环寿命、较高的倍率放电性能和较高的安全性能。
用量：两种用途，1)1%~3%，一般可视为添加剂；2)3%~5%，成为LiPF6的辅助锂盐。一般来说，5/8/9的用量是0。5%-1%/1%-2%/2.5%.如果用硅碳做负极，用量有望达到4%-5%；
价格：LiFSi已经完成了50%的成本降低，还有25%的探索空间。此前其高昂的价格(售价40-45万元/吨)与六氟相比并不具备经济优势，目前六氟由于供需失衡价格已经达到58万元/吨。LiFSI具有阶段性相对经济优势，但绝对值仍处于较高水平。另一方面，LIFSI的成本下降仍在继续(从2016年的90万元/吨下降到如今的45万元/吨)。目前LiFSI的成本在20万元/吨左右。数据预测，随着技术的突破，2022年LiFSI价格有望降至35万元/吨以下，最终成本有望降至15万元/吨以下。
PVDF:随着do的增加
与2170电池相比，4680电池结构的价值增加。480方案不同，结构件定制化程度高。目前还是非标产品，价格上涨(壳帽：2170 2元vs 4680目前在10元左右)。另一方面，竞争格局比square和2170更优化；制造商的购买意向倾向于购买整套外壳和盖子。一方面，非标产品，合格供应商稀缺；另一方面，主要是由于目前电池的良率较低，单独采购增加了不良率的风险；
非标产品和贸易壁垒的推广格局较好；非标产品需要公司的开模能力和诀窍积累；提高壁垒：尺寸增大，加工精度更难控制；壁厚增加(2170对4680=0.2对0.6毫米)。为了增加强度，采用预镀镍钢带，加工难度增加。
三。设备：有利于激光模切、激光焊接设备、外壳生产设备的供应商。
由于极耳排列紧密，很难用五金件模切，而且有些方案中极耳宽度沿极片长度变化，所以激光模切更合适。
激光焊接设备受益于4680计划，叠加行业各大电池厂也计划具备产能，有望迎来放量和利润的增长。480方案增加了全极耳集流体的焊接，焊点数量比21700电池增加了5倍以上，焊接设备增加了3倍；焊接难度大大增加，设备可能由原来的脉冲激光改为连续激光，会增值。
国产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容阶段逐步形成国产替代。比如宁波精达设备的价格是海外同类设备的50%-70%；拉壳设备采用“一出多”的方式生产，提高了效率，节约了原材料。同时，预冲杯工艺可以提高整线效率。
黄飞
