代號4680

本文系基於公開資料撰寫，僅作為資訊交流之用，不構成任何投資建議。

編者按:

本分析報告是我們去年9月24日釋出的一篇舊文。系對特斯拉首次公佈的4680電池技術路徑的搶先解讀。一年多後的今天，根據媒體報道，由松下作為首發電池廠的4680電池最早或能於明年年底面世。受訊息影響，昨日A股4680電池板塊全線拉昇。

4680電池將對當前全球動力電池格局造成怎樣影響，值得持續關注。我們也將於近期更新關於4680的最新研究內容，敬請關注。特別指出，分析內容僅系一家之言，同時作為舊文存在時差效應，不構成任何投資建議。

動力電池的一大步

埃隆·馬斯克在2020年9月23日特斯拉電池日上的表現，讓公眾意識到了他的凡人一面。儘管這一天已經推遲5個月，但他仍未向世界帶來一款可以規模性量產的動力電池黑科技。

所謂“期望越高、失望越大”莫過於此。

但站在產業角度審視特斯拉此番曝光的電池技術，其中的玄機，其實可以稱得上推動全球動力電池技術向前跨出了一大步。

具體而言，特斯拉這款半量產、半概念的“4680無極耳電池”，承載了兩項重大技術創新：

1.透過物理異構，為電芯創設了新標準。

2.透過電化異構，為電池創設了新標準。

【1】無極耳：卷繞式電芯新標準。

當前動力電池的電芯製備工藝，存在疊片式和卷繞式兩種路徑分野。

其中疊片式電芯，因多極耳構造，擁有低內阻優勢，使得散熱、倍率性（不同電流下的放電效能）、衰減性等效能表現更優，正逐漸成為主機廠新寵。

儘管卷繞式電芯相對弱點明顯，但長板也很顯著：生產工藝簡便、自動化程度高、良品率高以及質量一致性強。而這，也是特斯拉這家極其強調自動化的產業龍頭，從1至100，始終對這種工藝存在接近路徑依賴般執念的原因。

圖1：電池極耳。來源：網路

疊片式電芯雖好，但鑑於規模性交付的剛性需求，馬斯克還是選擇了在原路徑上突圍（至少截至目前），力圖透過“葵花寶典+吸星大法”兩大技術創新絕學，穩住武林霸主的基本盤。

所謂葵花寶典，指的就是無凸耳技術——既然耳朵數量比不過疊片電芯，不如割去。這一反常規工藝的原理在於：

此前的卷繞式電芯，電流必須要透過內部極耳直至凸耳部分，到達電池單元外部的聯結器。但是，這一過程中，電阻會隨著距離的增加而增加，繼而導致發熱量（安全性）非線性激增，直接影響電池壽命並決定了電池容量有限。

圖2：電芯兩側凸出部分為凸耳。來源：特斯拉

為了克服這個問題，特斯拉透過物理異構方式，將傳統構造的極耳摒棄（包括割掉凸耳），透過導電塗層（或電極膜）使電芯直流體與電芯蓋板和外殼直接連線——

即，輔以鐳射塑型與電化技術，用一種桌面塗層（膜）式電極工藝取代原旋轉階梯金屬式電極工藝（相當於放大電極面積），可以實現減少5-20倍（理論上）電阻效果，進而較大程度上解決高能量密度電池（這裡可以特指三元鋰電池）散熱問題與電池容量擴增問題。

透過這一專利技術，馬斯克號稱：隨著電芯尺寸增加至4680，“4680無極耳電池”實現了5倍的電能提升，續航增加16%，提高到6倍功率。

圖3：馬斯克在電池日上展示無極耳電池引數。來源：特斯拉

【2】乾電極：動力電池新標準。

無極耳電芯技術路徑的實現，底層邏輯支撐是乾電極技術。

特斯拉這項技術的由來，源自2018年2月對超級電容製造商Maxwell的收購。特斯拉付出2。18億元美元的對價，錨定的正是Maxwell公司處於持續研發狀態中的乾電極技術。

所謂乾電極技術，是一種正/負極材料壓制技術，具體是將少量細粉狀粘合劑（PTFE）與正極或負極材料混合，透過薄膜沉積技術形成電極材料帶，隨後再壓延在金屬箔集流體上形成成品電極——最終表現為覆蓋電極膜的基板。

在無極耳電芯中，特斯拉恰是用電極膜基板（部分）取代了極耳的作用，使得凸耳最終就像人的闌尾一樣，被一刀割去。

基於乾電極技術的電極膜基板，可被視為“吸星大法”神功，它對於卷繞式電芯的貢獻在於，基本將疊片式電芯的所有優點一併吸收而來，並實現了超越。

圖4：Maxwell公司一項乾電極相關發明專利申請。來源：USPTO

乾電極工藝說起來工序簡單，但其間涉及最前沿的基礎材料學課題。迄今，即使是被公認技術領先的Maxwell公司，也未完全參透這門學問——這也是為何馬斯克不得不放低姿態，表示“4680無極耳電池”距離規模性量產還有3年時間的本質原因。

以當前全球電動車產業發展態勢為參照，

乾電極技術可被稱得上是動力電池科技樹的最頂端成果之一，該技術的完全突破，也將意味著下一代動力電池——固態電池的正式落地

。

作為一項絕對前沿的商業技術秘密，特斯拉自然不會對外完全透明其乾電極技術的核心要義。但透過相關專利，我們尚可一覽其相關活性材料的篩選範圍：

◆陽極活性材料：

矽材料（例如金屬矽和二氧化矽），石墨材料，石墨，含石墨烯的材料，硬碳，軟碳，碳奈米管，多孔碳，導電碳等。

◇陰極活性材料：

鋰鎳錳酸鈷（NMC），錳酸鋰（LMO），磷酸鋰鐵（LFP），鈷酸鋰（LCO），鈦酸鋰（LTO），鎳鈷鋁酸鋰（NCA），層狀過渡金屬氧化物（如LiCoO2 （LCO）， Li（NiMnCo）O2 （NMC）和/或 LiNi0。8Co0。15Al0。05O2 （NCA）），尖晶石錳氧化物（如LiMn2O4 （LMO）和/或 LiMn1。5Ni0。5O4 （LMNO）），橄欖石（如LiFePO4 ），硫屬元素化物（LiTiS 2 ），鐵氧體（LiFeSO4 F），矽，氧化矽（SiOx），鋁，錫，氧化錫（SnOx），氧化錳（MnOx），氧化鉬（MoO2），二硫化鉬（MoS2 ），氧化鎳（NiOx），氧化銅（CuOx）和硫化鋰（Li2S），或其組合。

◆絕緣材料：

陶瓷，陶瓷粉末，聚乙烯，聚丙烯，氧化鋁（如Al2O3）或其組合。

◇電芯底壁：

鎳及高鎳合金。