解析4680电池和21700电池

本文主要根据网络公开的拆解信息与资料，对比一下特斯拉Model 3采用的21700电池和Model Y采用的4680电池的一些技术细节。

Model3长里程版的续航里程能够达到500公里，电池组容量达到了75kWh，使用了4416节2170电池，电池包由四个模块组成，中间两个模块25串46并，每个模块1150个电芯;两边的模块23串46并，每个模块1058个电芯。电池包技术还是CTM传统的模组技术。

而使用4680电芯的Model Y电池包采用一体化底盘CTC技术，电芯直接集成在汽车底盘。并且将前排主副驾驶座椅、中央控制台、后排空调出风口等组件直接安装在电池包上盖上;前后一体压铸式车身组件的压铸精度非常高，精度大大提高了效率，也降低了用工量;采用单根蛇形管对电芯的侧面进行冷却，沿车身宽度方向每两排电芯间布置一冷却管;电池整包灌胶，让电芯、上、下壳体内的所有零部件粘固为一体，成为整车结构强度车身的一部分，承受部分剪切力。

21700电池的卷芯两侧放置正极、负极绝缘片，并将引出的极耳焊接到正极顶盖和负极底盖上，连接正极的顶盖包含电流中断装置和泄压装置，当电池内部压力过高时，金属弹片弹开，断开正极与底盖的连接，使电池形成断路。同时当电池内部压力继续升高时，泄压装置起作用，内部压力释放，防止电池爆炸。

而4680电池卷芯两侧焊接正负极集流盘，正极放置绝缘套，然后正极集流盘中间与壳体正极极柱焊接在一起。负极集流盘与负极顶盖电接触，负极顶盖中间留注液口，负极极耳与整个壳体相连通。暂时没有发现包含电流中断装置和泄压装置。

21700电池卷芯正负极卷绕后引出单个极耳，正极极耳尺寸为：长76mm*宽3.5mm*厚165μm，重量：110.8mg，在焊接极耳区域的极片两侧均贴了保护胶带，胶带尺寸为(66.5 + 66.5)mm*11 mm。

而4680电池卷芯两侧折叠箔材成为极耳，再焊接集流盘。负极集流盘是具有弹性元器件;注液口密封钉材质是铜;集流盘设计6个花瓣，每个花瓣3长2短共5条焊缝;正极集流盘花瓣与边缘连接，厚度400um;负极集流盘

花瓣与中心连接厚度260um;正极绝缘片覆盖整个电芯截面积。

21700电池正极极片的极耳焊接在极片中间区域，焊接极耳的未涂布区域尺寸为6mm，以焊接极耳区为界，卷芯内侧的涂布极片长度为327mm，外侧涂布长度为532mm，极片总长865mm，极片宽度63mm。负极极片极耳焊接在极片内侧区域，焊接极耳的未涂布区域尺寸为15mm。极片一面涂布区域长度为865mm，另一面涂布长度比第一面多出61mm单面涂布区域，长度为926mm，极片外侧未涂布区域总长22mm，极片总长963mm，极片宽度65mm。

而4680电池的极片采用全极耳设计，极片连续涂布，在集流体一侧保留不涂布的区域，卷绕后折叠形成花瓣形极耳。正极极片长度约3300mm，负极长度约3400mm。

21700电池正极极片通过极片截面SEM形貌测量厚度为143μm，其中铝箔厚度为15μm。极片包含电解液的湿涂层的面密度(不含箔)为50mg/cm2，干燥后面密度(不含箔)为48.4mg/cm2，未涂布的铝箔面密度为4.1mg/cm2。根据面密度和极片尺寸，计算极片的重量，含电解液的湿电极29.3g，干燥后电极重28.4g。正极材料由类球形颗粒组成，二次颗粒内部包含很多一次颗粒，粒径呈现三个峰值，分别为7μm、11μm和16μm。这种多粒径分布形成了高压实的极片涂层。极片内部可以观察到碳黑导电剂颗粒。从SEM照片来看，碳黑导电剂含量很低。对正极极片进行能谱分析，颗粒内部没有探测到碳黑导电剂和粘结剂成分，原子比NiAl=10.05≈0.90.5，即高镍NCA材料。

21700电池负极极片通过极片截面SEM形貌测量厚度为174μm，其中铜箔厚度为8μm。两面涂布极片包含电解液的湿涂层的面密度(含铜箔)为34.6mg/cm2，干燥后面密度(含铜箔)为32.9mg/cm2。单面涂布极片包含电解液的湿涂层的面密度(含铜箔)为20.7mg/cm2，干燥后面密度(含铜箔)为19.8mg/cm2。未涂布的铜箔面密度为6.77mg/cm2。根据面密度和极片尺寸，计算极片的重量，含电解液的湿电极20.44g，干燥后电极重19.45g。负极材料由非常致密的片状石墨和少量硅颗粒组成，极片内可能还包括石墨烯导电剂。负极极片的压实密度也很高，保证了高的体积能量密度。同样通过图像分析负极极片得到，石墨颗粒的粒径D50为16μm，而硅颗粒粒径为3μm。对负极极片进行能谱分析，硅颗粒的含量约为3.5wt%。

而4680电池正极使用了 NCM811 材料，EDS能谱分析材料中镍含量为 81.6%，但似乎没有铝。由此推测正极使用了NCM 811 而不是 NCA 。负极材料中没有硅，而就是石墨。SEM照片测量正极极片厚度180μm，其中铝箔9-10微米。负极极片纽扣电池测试面容量为为5.5 mAh/cm2。

 

 

21700电池总重68.63g，其中，卷芯重49.40g，占71.97%，电解液6.13g，零部件13.10g。0.1C电流时的典型充放电曲线，8个电池测试结果，容量分布如下图，平均容量为4.77Ah(标称容量4.78Ah)。

而4680电池总重355g，电池容量为23.35Ah，总能量：86.5Wh，能量密度：244 Wh/kg。

不过4680电池目前采用了比较保守的设计，容量还有非常大的提升空间。以上个人总结，理解不对之处欢迎指正。

审核编辑：汤梓红