钜大LARGE | 点击量：1000次 | 2022年02月10日
TSLA又要吊打我国同行？用数据带你看懂4680电池的真正实力
近日，TSLA放出的一段4680动力锂电池视频，除了吸引电池人才，也向外界呈现了TSLA的CTp无模组电池方法。
该方法采用TSLA最新的4680电芯（直径46mm，高80mm），完全取消了电池模组设计，直接将960个4680电芯按照40x24的排列方式放入动力锂电池结构体中。由于圆柱体良好的刚性，4680电芯既有储能用途，又有结构支撑用途。这一方法和比亚迪的刀片电池设计思路非常相似，值得大家仔细研究。
注：TSLA现有电芯为21700电芯，直径21mm，高70mm
TSLA和苹果有一个共同点，那就是有关产品规格参数，喜欢说用户似懂非懂的话。比如4680电芯的规格：能量提升5倍、里程提高16%、输出功率提升6倍!说的云里雾里，让很多读者迷茫!
很多不专业的媒体，甚至解读出"能量密度提升5倍"这种谬论!
符合Exic IIB T4 Gc防爆标准
充电温度：0~45℃
-放电温度：-40~+55℃
-40℃最大放电倍率：1C
-40℃ 0.5放电容量保持率≥70%
我的天，假如能量密度提升五倍，估计马斯克就能获得诺贝尔奖了!
今天我们就用数据详实的分析一下，TSLA的4680电池，在未来到底有多大的优势和潜力？到底能不能吊打其他新能源对手？
我们从能量密度和容量入手，分析4680电池的优势到底在哪。
能量密度包括重量能量密度和体积能量密度，在新能源领域，更关心的是电池重量能量密度。
电池重量能量密度=电池容量×放电平台电压/重量，基本单位为Wh/kg(瓦时/千克)
电池的能量密度又分为电芯的能量密度和电池系统的能量密度。
4680电芯的能量密度和容量
组成电芯的各种材料特性决定了电芯的能量密度，在不改变材料特性的情况下增大电芯尺寸，不能从根本上改变电芯的能量密度。这从松下18650电芯到21700电芯的改变就能看出来：
来源：汽车人参考
21700和18650相比，体积新增了约46.6%，容量新增了约60%，重量新增了约55%。可以看出，能量密度基本没变，约为247Wh/kg。
4680电芯体积是21700的5.48倍，按照18650到21700的情况类别，在不考虑其他技术改进的情况下，容量新增5倍是很正常的。所以TSLA说能量提升五倍（ENERGY5X），是很诚实的，实际可能是约5.5倍。
也就是说不考虑其他技术改进，4680电芯的重量能量密度变化不大，所以4680电芯的重量应该也上升约5倍。
近期松下表示，将把内华达州Gigafactory生产的21700电池能量密度提高5%。最新出口欧洲的Model3车辆登记信息已经显示电池容量为82kWh，相比之前的78kWh，确实提升约5%。
所以，我们可以算出，最新的松下21700电芯容量约为5000mAh。
那么4680电芯的容量差不多是5.5x5000=27500mAh=27.5Ah。
这就是4680电芯短时间内的容量，能量密度则为27.5x3.6/0.07x5=283Wh/kg。
考虑到其他的技术改进，比如阳极阴极材料等，接下来4680电芯的总容量应能达到30Ah。而能量密度应能达到300Wh/kg。
从以上数据看，马斯克在4680电芯容量上是诚实的!
我国工信部《汽车产业中长期发展规划》中要求2020年动力锂电池单体能量密度达到300Wh/kg，这样看来TSLA是忠实的践行者!
国内公司假如想达到这样的能量密度，采用的都是软包电芯，软包在单体密度上更加有优势，可是由于安全限制，做不到无模组集成。
我们接下来就看看4680的无模组（CTp）方法对电池系统的影响。
4680CTp方法对电池系统能量密度的影响
我们先看看采用21700电芯的Model3电池是什么样子：
Model321700电池
Model3的长续航版电池包由2大2小四个模块串联组成，大模块(黄色)包含25个串联电池块，小模块(绿色)包含23个串联电池块，每个电池块由46个21700电芯并联构成，共计4416个电芯。电芯排列如下：
现在我们算一下电芯占模组的面积比：
小模组尺寸1860x323mm，面积约0.6平方米，电芯面积约为0.366平方米，电芯占模组的面积比约为61%。大模组尺寸1948x323，面积约0.629平方米，电芯面积约为0.398平方米，电芯占模组的面积比约为63%。平均占比62%模组中间的空隙按10%面积算，那么4个21700模组占用的总面积约为：2.7平方米。电芯占总模组面积比约为56.6%，可以看到由于分了4个模组，电芯面积占比一下降了5.4%。
而这一情况在4680电芯上面是不存在的，因为取消了模组。我们以24x40=960的布局计算一下4680电芯占据的面积：960x3.14x23x23/0.62=2.57平方米。也就是说占用面积减少了5%。
21700电池容量按松下最新的规格，为82kWh。4680电池容量为960x27.5x3.6=95kWh，也就是说容量新增15%。
新的4680无模组方法，电芯占据面积减少5%，容量新增15%。
假如不减少面积，就按照21700的面积把电芯布满，那么4680电芯数量约为容量为约为100kWh，容量提升22%。
看到了吧，只要把电芯换成4680，其他什么都不干，Model3就能实现100kWh的电量!NEDC妥妥的超过800公里!
所以马斯克说的续航里程提升16%，也是靠谱的。
说完了容量，我们再来看看系统的能量密度。
Model321700电池系统重量约474kg，小模组约86kg，大模组约93.5kg，四个模组总重量约359kg，电芯重量约312kg。
电芯占模组比重约为87%，其他47kg为结构件、冷却系统、线缆、pCB等，每个模组约12kg。
模组占系统比重约为76%。其他115kg分为两部分，一是系统上壳体53kg，基本都是高低压设备、BMS和壳体。另一部分是系统下壳体62kg，基本为结构件、冷却管路、电缆和管理系统等。
电芯占系统比重约为66%。系统能量密度约为173Wh/kg。可以看到当前的Model3是能够拿到新能源最高补贴系数。
补贴系数和能量密度关系
我们再看看4680电池的情况，电芯重量约960x70x5/1000=336kg。加上冷却系统和线路等设备重量336+12=348kg。系统上壳体内的高低压器件很难缩减，BMS能够优化，预计重量仍有50kg。系统下壳体是优化最大的地方，取消了模组，那么模组间的冷却、线缆等都可以简化，包括结构件都可以优化，估计下壳体重量至少能减少40%，预计重量不会超过40kg。
因此4680电池系统的总重量约为438kg，实际的数据只能等待TSLA新产品上市后的拆机报告，但是应该偏差不大。
所以，4680电池系统的能量密度约为95x1000/438=217Wh/kg。
只是更改了电芯，系统能量密度就提高了25%，这就是4680的优势。假如再加上后期阴极阳极材料的改进，TSLA预计会有24%的提升。电池系统能量密度很大概率能突破270Wh/kg。
这就是4680电芯在未来的真正实力!考虑成本优势，4680电芯的实力将更强大!
大电芯的风险
天底下没有免费的午餐，4680优点这么突出，那么缺点肯定也很明显，要不然大家就都用5号电池开汽车了!
4680在增大尺寸的同时，也给三元锂电芯的热管理带来了新的挑战。虽然电芯数量的减少，大幅简化了BMS系统。但是每个电芯在充放电的时候都要承受更大的电流，发热也会更多。
估计现在除了TSLA，也没有人敢承担这个风险，TSLA的无级耳专利技术会在一定程度上减少发热。但是电芯内部短路导致的发热TSLA也解决不了，只能通过优秀的BMS管理系统去提前预警。这方面只能看新电池上市后的表现了。
TSLA在技术争夺战中，就像流氓打架中的那个狠角色，上来拿板砖先给自己脑袋来一下，血流的满脸，就问其他人敢不
面对TSLA这个"狠"角色，我估计国内车企敢跟进的不多!
注：部分数据来自汽车人参考的《TSLAModel3电池包拆解图》
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