电车电池技术制造(新一代电池有所突破？特斯拉的电池技术揭秘)

作为电动车三电（电池、电机、电控）中最贵的核心器件，动力电池常用的有三元锂电池、磷酸铁锂，其中三元锂电又以单体型号为1865常见，这种圆柱形直径18mm高度65mm的电芯应用最为广泛。最早将圆柱型锂电池进行商用的是索尼公司。1991年，索尼发布了1865圆柱电池，开启了锂电池商用时代。而松下第一个为车企提供圆柱电池。1997年，全球首个混合动力汽车丰田普锐斯搭载了松下产的圆柱型电池，成分是镍氢电池。圆柱型电池的发展历经30多年，而特斯拉是最重要的技术革新者和推动者。

特斯拉的电池技术主要指的是其在电动汽车和储能领域所使用的锂离子电池技术，在电池负极方面采用了硅材料，与传统电池的石墨负极相比，硅负极可以提高电池能量密度，提高电池的储能能力。在电池正极方面则采用了磷酸铁锂材料，相比于传统的钴酸锂电池，磷酸铁锂电池更加安全、稳定，而且成本更低，不容易发生过热和着火等问题。此外，磷酸铁锂材料也具有较高的能量密度和充放电效率，可以提高电池的续航能力和使用寿命。

特斯拉的电池组件采用了模块化设计，将多个电池单体组合成为一个模块，多个模块又组合成为一个电池组件。这种设计可以提高电池的可维护性和可靠性，同时也可以实现快速更换故障电池单体或模块的操作。更为出色的是，特斯拉电池管理系统（BMS）优势明显。特斯拉自研BMS系统设计采用主从架构，主控制器(BMU)负责高压、绝缘测试、高压互锁、接触器控制、对外部通信等功能，从控制器(BMB)负责单体电压、温度测试，并上报BMU。

此外，特斯拉主推的三代电池从1865到2170，再到4680，型号演进，电芯，体积、容量、成组性能和售价亦在不断优化。不同规格电芯用于75KWh整车装载的电芯数量（以特斯拉为例）：

1865电芯7100个

2170电芯4400个

4680电芯950个

从1865到2170，电池单体容量提升35%，能量密度提升20%，系统售价下降约9%；从2170到4680，按照特斯拉的说法，其4680电池能量密度提升5倍，充放电功率提升6倍，续航里程增加16%，每KWh系统成本下降约16%。

在2020年9月特斯拉召开的“电池日”活动宣布推出4680大圆柱电池即标志着动力电池行业进入大圆柱时代。从近几年公开的电池信息来看，4680电池的优势很明显，特斯拉几次对外宣称即将实现量产。但遗憾的是，每次都未能如约实现，原因或是整体性能不达标，换句话来说，就是技术还不够成熟。

特斯拉4680电池优势：大电芯+全极耳+干电池技术

1）能量密度高：单体能量提高5倍，整车续航里程增加16%，4680容量是2170电芯5倍，仅外形尺寸变化，能量密度可以上升10%，换用硅碳负极，能量密度上升20%至300wh/kg以上；

2）快充优势：电池功率6倍于2170电池，4680电池不仅从材料体系适配快充，同时改变结构提高充电倍率，比如采用全极耳设计。

3）安全可靠：圆柱电池周边隔热能力更强。4680采取顶部水冷和侧面水冷相结合的方式。无极耳设计进一步提高散热性。

特斯拉4680电池：材料创新

1）超高镍多元正极：NCMA四元材料在提升镍含量的同时兼顾了降本和材料稳定性。

2）硅碳硅氧负极：理论最高克容量可达4200mAh/g，是石墨的10倍多，目前量产克容量已超过400mAh/g。

3）单壁碳管导电剂：碳纳米管可以缓解硅负极膨胀问题，改善循环性能，减少电解液损耗，提升寿命性能。

最近，特斯拉的德克萨斯超级工厂已经生产出了首批4680电池，不过据马斯克透露，目前4680电池的产能依旧不足以满足当下的需求，4680电池的生产线仍然在进行调试以及升级。而且现阶段也仅有德州超级工厂所生产的ModelY搭载了4680电池。

新一代大圆柱电池没能实现量产的原因，在于无极耳创新技术在极耳模切、揉平、无极耳与集流盘激光焊接等工艺环节增加了较多难点，直接影响电池良品率，最终导致电池规模量产困难。