頭條：4680電池：特斯拉跌入“量產煉獄”？

“我們會在年底之前實現4680電池的量產，但這很難預測，因為這里面有很多新的技術。”在8月初的特斯拉(Tesla Inc)2022年股東大會上，公司首席執行官埃隆。馬斯克(Elon Musk)說，“我們有信心將獲得高生產率，但可能要到今年年底，我們才能實現高產量。”

但說這番話時，馬斯克的聲音并不十分有信心。一身黑衣的馬斯克手持話筒，面容有些凝重，其間目光兩次垂向地面。較之兩年前的意氣風發，似不可同日而語。

2020年9月，在特斯拉的“電池日”當天，馬斯克推出了“劃時代”的特斯拉4680電池，根據其表述，這款電池將在2022年實現100GWh的產能規劃，為至少100萬輛電動車提供支持。

(相關資料圖)

然而現實卻遠未能如馬斯克所期。

時至今日，特斯拉只在美國位于加州弗里蒙特附近的加藤路工廠和位于得克薩斯州的奧斯汀超級工廠中，啟動了4680電池的小批量生產。特斯拉的供貨方之一、電池廠商日本松下(Panasonic Corporation)則明確表示，4680電池目前仍然在測試階段，大規模生產要從2023 年4月才開始。

不僅松下延遲了量產計劃，傳聞中4680電池的中國方面合作伙伴之一寧德時代新能源科技股份有限公司，相關規劃依然朦朧。8月17日，當澎湃新聞記者向寧德時代相關負責人詢問公司4680電池的量產進展時，其表示，寧德時代尚沒有關于4680電池的信息需要披露。

4680電池遭遇了什么？

4680圓柱電池的全稱，是4680規格無極耳(全極耳)圓柱電池。4680是指電池的規格——46指圓柱電池直徑為46mm，80則指電池的高度為80mm.

據特斯拉對外公布的數據，相較于傳統2170圓柱形電池，4680電池的能量將是前者的5倍，車輛續航里程將提高16%，功率提升6倍，未來結合電池材料和車輛設計的改進，續航里程凈增長將高達56%，生產成本則可以節約54%。

特斯拉位于加州弗里蒙特附近的加藤路工廠，原本只是一個小型試點工廠，現在卻成為了4680電池的生產擔綱。得州超級工廠的4680電池生產線只是從今年二季度起開始少量投產。

今年年初，加藤路工廠生產出了第100萬只4680電池。而今年4月，首批裝載4680電池組的特斯拉Model Y在得州超級工廠組裝交付，其使用的電池也是由該廠生產。

目前，并沒有加藤路工廠公開的電池產量和產能數據。但從今年上半年加藤路工廠泄露的一份文件中，可以略窺4680電池在該廠的生產效率。據autoevolution網站報道，這份泄露出的文件顯示，工廠當天有14臺機器在運行，其中13臺生產了質量“良好”的電池，合格率超過90%，但有一臺例外，212號機器由于培訓來自得克薩斯州超級工廠的員工，生產出了82%的“不良”電池。經統計，當天電池整體的生產合格率是92%。

從產量來看，當天加藤路工廠總共生產了6250個4680電池，而目前在德克薩斯州超級工廠組裝的一輛特斯拉Model Y大約需要安裝690個4680電池。按照加藤路工廠當天的產量，每天生產的電池量支持大約10輛Model Y，這遠低于得克薩斯超級工廠的目標產量。

生產效率和產能都還在緩慢爬升。據長期追蹤特斯拉的分析員特洛伊。特斯萊克(Troy Teslike)表示，8月，加藤路工廠的生產效率會提高，每周將生產220個電池包，而在得克薩斯的超級工廠每周將生產183個電池包。不過，特斯拉要到2023年5月才能達到每周生產5000個4680電池包。

而根據insideevs網站的報道，7月末，特斯拉動力總成和能源工程高級副總裁安德魯。巴格里諾(Andrew Baglino)在一次投資者電話會議上稱，“特斯拉希望奧斯汀的電池廠能在2022年底前超過加藤路工廠的周產量，預計該工廠在年底前每周將生產超過1000個電池包。”

澎湃新聞記者了解到，根據特斯拉的規劃，加藤路工廠的4680電池年生產能力將達到10GWh，大概可以滿足15萬輛電動汽車的需求；得州超級工廠的產能預計年內將建成60GWh.而目前特斯拉自身在建的4680電池產能中，還包括了特斯拉德國柏林的工廠，預計建成后達到20GWh，但產能要到2022年第4季度以后才開始釋放。

以上兩張圖片是特斯拉得州超級工廠的4680電池生產線

伙伴方面，日本松下和韓國LG新能源公司都對外表示了4680電池的產能規劃。但此前松下已經明確稱，目前4680電池還處于測試階段，公司將逐步拓展生產能力，為全面推廣做準備。據了解，松下位于日本西部的歌山(Wakayama)工廠今年正建造兩條新的生產線，產能約10 GWh.在2023財年(2023年4月-2024年3月)，工廠將開始大規模生產4680電池。

韓國LG新能源公司在6月宣布將投資5800億韓元(約合 38 億元人民幣)，用于在韓國忠北梧倉第二工廠新設4680電池生產線，為特斯拉供貨，產能達9 GWh，但投入量產的時間也是明年下半年。

松下能源部門首席執行官忠信和夫(Kazuo Tadanobu)此前在接受彭博新聞社采訪時表示，4680電池有可能在保持安全性和提高性能的同時，降低電動汽車的成本，從而推動汽車行業取得重大進展。然而，到目前為止，這個過程并不容易。

“這不僅僅是制造一個更大的電池。工作并不像有些人想象的那么容易。”忠信和夫說，“松下在這方面已經試驗有一年多的時間。”他表示，電池的開發過程“需要巨大的耐力”，改變電池的形狀需要“相當大的腦路神經”。

量產4680電池的困難在哪？

理論上，圓柱形電池的技術成熟度最高。在特斯拉早期階段，曾大量使用了松下的1865圓柱電池產品，但對電動汽車來說，1865電芯容量小(一般不會超過3 。5Ah)、所需的電芯數量多(6000-7000節)，電池管理的難度大。于是，特斯拉聯合松下進一步推出了2170圓柱產品。更大的體積可以容納更多的電極材料，還能節省結構件空間。2170相較于1865有一定提升，但沒有質的飛躍，只能看做是一個胖版1865.

在業內人士看來，與1865和2170電池相比，4680電池的量產難度非常大，因為其確實是多項創新技術的融合。

首先，其對電池卷繞機的精度要求較高，由于電池體積較大，對齊也更加困難。主要難點還存在于極耳的焊接工藝。4680電池中最讓特斯拉引以為傲的，是電池的無極耳(全極耳)技術。電芯的極耳是指從電芯中將正負極引出來的金屬導體，是電池充放電時的關鍵路徑。極耳的材質與大小會影響電芯的內阻，過流能力等。

傳統的18650圓柱產品由于容量較小，輸出電流較小，通常只有兩個極耳，分別連接正負極(見下圖左側所示)。而4680圓柱使用了全極耳設計，將從卷繞體兩端露出的正極鋁箔和負極銅箔揉成一個端面作為極耳(見下圖右側所示)。極耳數量增多，電流通路也變多，同時還可以縮短極耳間距，從而大幅減少電芯內阻，達到有效減小電芯產熱量，提升電芯快充快放能量的目的。

目前，全極耳的制作工藝有切疊法和揉平法兩種。切疊法是特斯拉采用的一種解決方案，主要通過斜切成片卷起，表面起伏較大，容易造成極耳因接觸程度不一致，內阻一致性差。

此外，當電解液注入時，由于兩端都被極耳封閉，無法連續注液生產。揉平法是中國國內企業廣泛使用的一種方案，這種方法通過超聲波或機械摩擦將極耳揉成端面。極耳在壓平過程中，容易產生金屬碎屑，導致電芯自放電過大，甚至內部短路。此外，揉平后端面較致密，電解液難以進入電芯內部。這些都將成為提高電池生產率的難題。

第二，電池的空間利用率低。在相同的化學體系下，大圓柱形電池的空間利用率遠低于棱柱形電池。如果使用三元材料，棱柱形電池可以使用普通的鎳鈷錳(532)或鎳鈷錳(622)材料，但4680電池必須使用高鎳才能有類似的功率，其鎳鈷錳含量比例目前約為“811”。高鎳三元化合物雖然具有較高的能量密度，但也意味著熱失控風險較高，在系統保護層面必須予以重視。

第三，傳統方法散熱困難。電池產生的大部分熱量來自于電化學本身，圓柱型電池一般軸向散熱最快，側面散熱最慢。4680電池的大體積，使得這一特征更為明顯。在800V高壓充電下，電池會在短時間內積累大量的熱量，側面散熱速度會變慢。從長遠來看，會對電池的壽命產生更大的影響。特斯拉采用的方式是在頂部增加一個水冷板，達到側面和頂部雙向冷卻的效果，目前效果如何不得而知。

第四，負極材料不足。4680電池的負極在計劃中將采用碳化硅，以提高能量密度。然而，硅碳負極也有一些缺點。例如成本很高；副反應多，膨脹大，一次充放電效率低，影響電池質量；電池容易受硅體積變化的影響。SEI膜(固體電解質界面膜)被反復破壞和改造，鋰離子被大量消耗，可能會降低循環特性和電池容量。

不過，頗為玄妙的是，在8月初，根據長期關注電動車電池的技術頻道The Limiting Factor拆解了4680電池后進行化學分析，結果顯示，目前已經生產出的4680電池負極中僅由石墨構成，并不含硅材料。

或許，還需要點兒耐心

由于4680電池的產量障礙，特斯拉不得不繼續依賴其得州超級工廠生產的2170電池，來滿足model Y的需求。

“我們有足夠的2170電池來滿足今年剩余的新車需要。特斯拉今年并不需要依賴4680電池，但4680電池將在明年扮演十分重要的角色。”在股東大會上，馬斯克說。4680電池的量產進度或許并不會影響特斯拉今年生產150萬輛新車的目標，但2023年就不一樣了。

因為它對特斯拉的電動皮卡Cybertruck的順利量產非常關鍵。在發布Cybertruck時，特斯拉對外承諾了一系列的卓越性能，而4680電池為實現這些承諾所必須。有業內人士認為，特斯拉的4680的量產遠遠落后于最初的計劃，直接影響了Cybertruck、電動半掛式卡車Semi等車型的量產。

不過，好消息不是沒有。已經生產的4680電池仍然在能量密度和快速充電性能方面展現出了優勢。

根據The Limiting Factor 對特斯拉 4680 電池的拆解化驗報告，一節4680電池約重355g，總容量約為26.136Ah，按照額定電壓3.7-3.8V計算，額定能量大概在96-99Wh之間。簡單計算，目前4680電芯的能量密度大概在272—296Wh/kg，而根據特斯拉的迭代計劃，第二代4680電池能量密度將達到305 Wh/kg，第三代達到333 Wh/kg.

作為對比，比亞迪第一代刀片電池的系統能量密度為140Wh/kg，2025年預計大于180Wh/kg.寧德時代最新的麒麟電池三元高鎳體系的系統能量密度在255Wh/kg，磷酸鐵鋰體系下能做到160Wh/kg.就能量密度而言，4680電池有一定優勢。

此外，今年4月，特斯拉交付了在德州超級工廠生產的裝配有4680電池的Model Y.第一批有機會駕駛這款新車型的客戶是奧斯汀地區的預訂用戶，不少提供了很多關于這款配備4680電池的里程測試和充電測試信息。

在一次測試中，用戶將電池在得克薩斯州的V3超級充電器上充電，3分鐘內充到9%，12分鐘內從9%充電到50%，在34分鐘內達到80%，40分鐘內達到90%，50分鐘內達到97%。 不過，新的電池不能維持250千瓦的最高充電速度很長時間，速度的最高值比2170電池下降得更快。

“無論如何，現在對4680電池進行適當的評估還為時過早。”有業內人士評價說。

特斯拉動力總成和能源工程高級副總裁安德魯。巴格里諾則強調，特斯拉在4680電池上的挑戰是一個工程問題，而不是科學問題。這意味著，經過足夠的優化工作，特斯拉或許能夠走出4680電池的量產困境。

（文章來源：澎湃新聞）

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