4680电池拆解报告

锂电联盟会长 2023-02-22 09:46 3338浏览 0评论 0点赞

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摘要

• 2020年特斯拉电池日发布4680电芯（直径46mm，高度80mm），包括松下、LG、三星、亿纬、宁德时代、比克等电池企业纷纷跟进。

• 4680有望成为特斯拉主力电芯，带动相关产业链发展。4680采用大圆柱+全极耳+干电极等全新技术，大幅提升了能量（5倍于2170电池）、功率（6倍于2170电池），降低了电池成本（14%于2170电池），优化了散热性能、生产效率、充电速度，能量密度、循环性能等。

• 全极耳大幅降低内阻、提升功率、安全性、快充性能，所需激光切割工序倍增：传统电池只有两个极耳，分别连接正极与负极，而4680电池实现了全极耳（直接从正极/负极上剪出极耳），从而大大增加了电流通路，并缩短了极耳间距，进而大幅降低内阻、提升倍率型。由于极耳数量远多于常规设计，所需激光切割工序倍增。

• 4680大圆柱与高镍的适配性更好，刺激高镍产业链发展。铁锂材料价格更低，安全性能更高，不断挤压三元材料市场份额。大圆柱电芯与高镍的适配性更好，特斯拉采用高镍NCM811正极材料，有助于提升高镍市场份额。

• 4680大圆柱与硅负极适配性更好：硅负极理论最大电池容量可达4200Wh/kg，远高于石墨的372Wh/kg，特斯拉第一代4680电芯未采用硅负极，预计是因为特斯拉首次涉足电芯领域，未采用非常激进的设计。

不同的4680设计存在差异性

• 特斯拉与国产4680电芯设计差异较大

• 特斯拉技术迭代周期很短，不同时期的4680电芯外观存在明显差异

• 第二代4680电芯负极盖板变化极大，可以清晰看见三道焊缝

圆柱焊接次数远高于方形电池

• 每个电芯至少需要正负极两次焊接，主流动力类普通方形电池

容量为100~200Ah，远高于4680电池的25~30Ah.

• 若4680电池渗透率提升，将带激光设备发展。

正极集流盘

• 第一代特斯拉4680正极集流盘：共计6个花瓣，每个花瓣3长2

短共5条焊缝

• 国产4680集流盘：点状焊接，无花瓣形状

• 集流盘与全极耳的焊接是难点

正极全极耳

• 全极耳：拆解后严重受损

第一代特斯拉4680电芯卷绕

• 黄色和绿色的是终止胶带

• 最外层包裹隔膜

国产4680电芯卷芯

• 未发现终止胶带，外圈多包裹一层蓝色绝缘膜

• 蓝色绝缘膜内部再包裹一层隔膜

第一代特斯拉4680正极绝缘片特写

• 正极绝缘片覆盖整个电芯截面积

• 点评：全极耳所有电流最终汇集到正极极柱，热量集中在正极

极柱位置，可能会影响快充性能

国产4680正极绝缘片特写

• 国产4680同样有绝缘片，但厚度明显低于特斯拉的设计

集流体材料边缘特写

• 正极铝箔边缘极耳清晰可见，且紧密排列

• 负极铝箔边缘极耳清晰可见，且紧密排列

• 如此密集的小极耳将显著增加生产工艺的控制难度

全极耳极片分析

• 卷芯中心为中空结构，造成卷芯最内侧并无极耳

• 卷芯最外侧小极耳与集流盘焊接难度增加，最外侧也无极耳

• 最内层和最外层的电流时先流向极片长度方向，然后再流向宽度方向

• 每个小极耳均需要2道激光切割

国产4680电芯负极国产4680负极在手套箱中（氩气环境）呈现金色

• 手套箱中呈现金色

• 在空气中逐渐变为黑色

全极耳揉平是重要工序，国产和特斯拉差异性极大

揉平：将卷芯的断面揉平整后再与极板焊接，①通过超声波震动直接压平；②通过旋转的揉平轮直接摩擦电池极耳平面。

难点：①揉平速度过快时，极片外翻；②揉平速度过慢时，生产效率低；③揉平时产生金属屑较多，导致内部短路；④活材料脱落等问题，⑤极耳产生褶皱等

解决方案：①在全极耳外套上揉平套，揉平头一边自转一边接近揉平套，由于揉平头不再直接接触全极耳，故能有效防止将去全极耳部分揉碎。②超声波揉

平对电芯的端面进行超声波的预处理揉平，然后进行机械揉平。③免揉平：在涂布之后再边缘空白处涂抹绝缘材料，绝缘材料与活性物质水平高度一致，使得卷绕后集流体形成完整平面；

资料来源：国家知识产权局官网，专利号CN113270693A、专利号CN213857825U、专利号CN113113735A、专利号CN113560369A、专利号CN112310574A

特斯拉全极耳采用吹气方案

• 中心有极耳

• 最外层没有极耳

• 可能用吹气结构实现极耳弯折

特斯拉采用吹气结构制备全极耳

国内传利采用机械结构制备全极耳

圆柱电池生产流程

• 大致可以分为：外壳，正极绝缘片，正极集流盘，卷绕，负极集流盘，负极绝缘片，盖板

• 集流盘焊接后入壳、正极焊接，负极焊接，封口

第一代特斯拉4680能量信息

• 电极尺寸：330*7.2cm

• 容量：26.136Ah

• 能量：96~99wh

• 重量：355g

• 能量密度：272~296wh/kg

第一代特斯拉4680负极使用干电极

• 正极：未使用干电极技术

• 负极：确认使用干电极技术

第一代特斯拉4680正极材料Ni含量

• 正极为高镍材料，镍含量约80%

• 不是NCMA材料或者Al含量极低

• 高镍材料的市占率持续降低，4680有助于刺激高镍材料发展

正极材料表征

第一代特斯拉4680负极表征

• T通过能谱仪检测分析，确认特斯拉4680负极仅为碳，并未采用硅负极

• 松下21700使用了5~10%的硅

• 硅碳材料最大问题在于膨胀，与方形电池相比，圆柱电池对膨胀的耐受力更高。

第一代特斯拉4680负极表征

• 4680壳体厚度:500~600μm，2170壳体厚度:125~250μm

• 4680侧面壳体厚度0.635微米，预估质量58g，若使用0.2微米的壳体，质量为18g

• 电芯总重量为355g，故使用厚壳体增加11.2%的重量

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