知情郎·眼｜侃透天下专利事儿
“嘴炮”马斯克吹的牛又圆上了，4680电池真要来了。
人家说，特斯拉将在2022年年底前实现新型4680电池的“大规模生产”！
业界一片惊呼！宁德时代的麒麟电池要蛋疼了，4680来抢饭碗了。
4680 电池的排布形式
简单介绍下，4680电池是一款直径46毫米、高80毫米的大圆柱电池，具有续航里程高、成本低的优势，被称为全球电池行业“游戏规则改变者”。
特斯拉早在2020年就官宣，4680大圆柱电池将成为其主要的技术路线，不过当时大家都觉得这是马斯克吹牛搞概念营销，商用量产遥遥无期！
没想到，这么快就落地了。看来，美国其实也是举国力挺特斯拉啊！
由于4680太威风太招摇！之后宁德时代整出个麒麟电池（CTP3．0）来对抗它，每次曝光的营销词都是麒麟电池性能比4680更强劲！
听的大伙儿耳朵都起茧了！
顺道聊聊4680电池的专利故事。
01马斯克的雄心！
美国当地时间8月4日，特斯拉召开了股东大会。马斯克（ElonMusk）介绍了公司未来的扩张计划。
他表示，公司的目标是到2022年底达到每年200万辆的生产速度，并将继续建设工厂。他计划让特斯拉拥有10到12家巨型工厂。
此外，马斯克预计特斯拉将在2022年年底前实现新型4680电池的“大规模生产”，换句话说，搭载新型4680电池的特斯拉即将大规模出售。
4680电池一直被马斯克当大礼包类似饥饿营销的手段推送给用户，只是概念上吹了许久，一直没大规模生产落地。
现在人家不跳票了！
据特斯拉介绍，4680电芯的单体能量提高5倍，整车续航里程可增加16％，电力相比有极耳电池提升了6倍，功率输出提升了6倍。
并且马斯克表示4680电池共计节省了约86％的成本，而每kWh降低了69％的成本。
一直以来，特斯拉在电池上的进化思路就是做大电芯。
从Model S的18650再到Model 3的2170电池，再到现在的4680电池，三代发展技术迭代，电芯成了大家伙。
目的更直接，减少电池之间的空隙变小，让整体密度变高。
特斯拉电池供应商日本松下表示，目前正在为特斯拉供应电池。
同样的电池包容量下，18650需要7200多个电芯，2170需要4400多个电芯，4680只需950个电芯。装载了4680电池的车，大约能达到66％的空间利用率，而正是因为这密度变高了，续航里程也相应变得长了起来。以Model S为例，如果采用4680电池，续航能力有望从650km提升至750km。
估计看到这消息，最紧张的同行莫过于宁德时代的麒麟电池。
4680电池真要成了主流配置，麒麟电池就蛋疼了！
在业内看，宁德时代麒麟电池（CTP3．0）重电池包，而轻电芯；特斯拉的4680电池则明显在电芯上动了心思。
从技术角度看，麒麟电池是电池系统技术的迭代，而特斯拉4680则是电芯技术的迭代。
你说谁难度高？
仁者见仁智者见智的问题，但特斯拉的粉丝肯定会说，电芯技术难度肯定大于电池包结构改变。
人家的观点是，麒麟电池没有在材料层面改变电芯材料，只是通过升级电池组结构的“外在升级”，比如改变电芯的排放位置，集成为多功能弹性夹层等等，来提升电池的性能；而特斯拉4680电池则是通过电芯的“内在升级”，比如扩大电芯体积、改变阳极材料等等，让自己变得更强。
02 4680电池优秀在哪里？
对比过去的“1865”以及如今的“2170”，从命名来看，4680似乎只是电池变大了，由此前的“5号电池”变成了“2号电池”。
不过，圆柱电池直径 46 mm 是有讲究的，在特斯拉的理解里，这是续航提升和降本的最优解。
首先来看直径「46 mm」这个指标，从安全性来看，虽然整车电池节数减少可以降低 BMS 的管理难度，但是大电芯的散热是个难题，46 mm 是个平衡范围内的点。从提升续航和降本的角度来看，特斯拉认为 46 mm 以后整车的续航开始下降，同时降本的边际效益变得非常低，因此 46 mm 是最优解。另外从内部应力和角度来看，46 mm 也是一个比较临界的点，在化学性能、生产工艺没有本质上的突破前，46 mm 是一个黄金尺寸。
另一个参数高度「80 mm」，其实目前业界还没有定论，主要因各家底盘设计而异，比如宝马采用的是 4695 方案，还有的厂商规划了 46105 的方案，即高度为 105 mm。但这个高度也不能太高，一方面是径向散热会成问题，另一方面这样会明显增加底盘厚度，从而影响设计美感和风阻。
特斯拉的4680高镍模组电池的设计
工艺细节有了明显的提升！官方公布的措辞如下：
1、采用“无极耳”设计
随着随着电芯体积的增大，电池阻抗也同步增大。对于这个问题，特斯拉的解决方式是采用创新性的“无极耳”设计。
极耳是从正负极集流体中引出了的金属导电体，电流正是通过极耳才能与电池外部连接。但是过于细长的极耳不利于电流传导，如果电流过大，就会出现发热，能量损失增大，而且会影响安全性能。
2、使用干电池电极工艺
特斯拉4680电池使用干电池电极工艺，不使用溶剂，而是将少量（约5－8％）细粉状PTFE粘合剂与正／负极粉末混合，通过挤压机形成薄的电极材料带，再将电极材料带层压到金属箔集电体上形成成品电极。这项工艺将会提高电池的能量密度，并且使生产能耗降低10倍。
3、阳极采用硅材料
阳极材料方面，特斯拉将从硅材料入手。硅可以储存比石墨多出十倍的电能，但由于其在充放电过程中体积变化可达400％，容易破碎，因此一直难以取代石墨。
特斯拉计划从根本上改变硅表层的延展性，使其不容易破碎，这项技术可以使电池的续航能力增加20％。特斯拉将研制的新材料命名为“特斯拉硅”，成本为1．2美元／KWh，仅为现有的结构化硅工艺的十分之一。
4、改进阴极生产过程
阴极材料方面，特斯拉通过改进阴极生产过程，减少水的使用和废水的产生，降低了电池阴极生产线66％的投资建设成本和76％的生产成本。同时，特斯拉推出电池回收服务，未来新电池都将通过回收的旧电池生产。
结合这些改进，特斯拉将增加54％的电池续航，降低56％的每千瓦时成本，减少69％的投资生产成本，能量密度提升之余，生产成本大大降低。
特斯拉的4680电池去掉了原有的极耳，选择了在集流体末端留白未涂覆正／负极材料。简单来说不是没有极耳了，而是整个一端面都变成了极耳，这种设计大幅降低了电池的阻抗，解决了圆柱电池的发热问题。
03谁给特斯拉制造4680电池！
4680电池是圆筒型电池，这方面技术鼻祖是日本松下。
其实，圆柱电池作为已经商业化超过 30 年的品种，工艺最为成熟，在生产效率、良品率、投资成本等方面都有一定优势。
比如良品率方面，松下的 2170 电池能达到 99％ 以上，相比方形电池能达到 90％ 就已经是非常优秀的水平了。
查了下公开资料。
4680圆筒型电池的技术方案最早是在2019 年由松下和欧洲的一个化学实验室联合提出的，他们基于全极耳的理论对圆柱电池进行优化和改进，觉得 4680 电池是个不错的方案。
特斯拉觉得不错，开发了下，就拿来当核心方案推出了。
最关键的是，特斯拉一直很喜欢圆柱形的电池，毕竟最早的时候松下的1865电池因为其安全稳定性成为了特斯拉早期车型的电池供应商。
松下有技术实力，特斯拉有品牌号召力，特斯拉对松下也有知遇之恩，没特斯拉的大卖特卖，松下的电池业务哪有翻身的机会。
之后，1865电池逐步升级为 2170 电池，特斯拉以及它的供应商松下、LG 化学等就越来越专精于圆柱电池，4680 电池对圆柱电池来说也是一次挤爆牙膏的升级。
而宁德时代仅向特斯拉供应方形LFP（锂、磷酸、铁）电池，不过宁德时代也要研究推出4680电池。
当下谁在生产4680大圆柱电池？
在电池厂商这端，海外主要是特斯拉和日韩的电池厂商，包括松下、LG 化学、三星 SDI，松下和 LG 化学计划 2023 年量产，三星 SDI 计划 2024 年量产，另外还有一家以色列公司 Storedot 同样计划 2024 年量产 4680 电池。
主力还是松下和LG！人家是特斯拉的贴心小棉袄！
国内宁德时代目前规划了 12 GWh 的 4680 电池产能，研发节奏正在加快，预计 2024 年开始量产，客户可能是特斯拉和宝马；比克电池在 2021 年 3 月的深圳 CIBF 上展出过大圆柱产品，预计 2023 年量产；亿纬锂能预计 2024 年可实现 4680 电池的量产，规划产能 20 GWh，同时还有去欧洲匈牙利建厂的计划。
有一说一，特斯拉也曾想自己制造电池，但是隔行如隔山，倘若不靠松下等实力厂商的技术，特斯拉短时间内并无落地的能力。
04从专利维度看4680电池
从结构还是材料，4680只能算是圆柱形高镍三元电芯的改良升级版，并且连制造材料都没有太多变化，只要提升超长软包卷绕材料的良品率，加之轻度改进生产线，4680的生产和制造不会太难。
并且，类似的技术在方形电芯上早有使用，早在10年前就有国内电芯企业拿到了全极耳的设计专利，国轩高科也有类似的技术，与松下4680电芯无极耳设计相似。
所以，以关键词高镍三元、电芯、无极耳等检索，发现相关的中国专利有5437件。
中国专利申请人排名如下：
合肥国轩高科动力能源有限公司排第一，仔细看了下他家专利，好家伙，这公司布局电芯领域的专利够丰富。
如一种方形铝壳锂电池电芯入壳设备、基于电压二次分选的三元电芯成组性能优化方法及系统、电芯模组及其采样系统、一种LFP锂离子电芯分容筛选方法、一种电芯高度测量装置、一种包膜电芯入壳导向机构、一种多电芯锂电池结构、一种电芯检测装置、评估三元方形铝壳电芯使用中上限安全边界约束力的方法。
再查下来圆柱形电池鼻祖日本松下的日本专利，看看在4680电池上，人家在研究什么？
在德高行全球专利数据库中检索，松下拥有日本锂电池专利974件，但是三元锂电池数量较少，大约仅40件。
最近公开的8件关于锂电池方面的专利，如下：
松下电池的水平就不用多说，多年老字号，可靠又安全，被特斯拉宠上天。
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