特斯拉4680电芯拆解后的一些信息

　　最新油管上更新了一个关于4680Teardown的视频，有不少有意思的信息。关于4680全极耳的信息，这里就不展开了。
　　第一个有意思的信息是关于干电极的，第一代4680的正极材料没有干电极，但负极是的，这是一个完全出乎意料的结果，我以为要么正极或者负极材料都是用干电极，或者都不使用干电极。先挖一个坑，后面写一篇关于干电极的科普。
　　第二个有意思的信息是4860正极材料依然含钴。之前马院士提到后续Tesla的电池不含钴，因此对我来说另外一个比较好奇的是ModelY上的4680含不含钴。根据该up主提供的信息，特斯拉的4680依然含钴，而且据该up主的实测数据显示，正极材料中的镍质量百分比为81。61，实锤正极材料为MCN811。
　　另外一个群众比较关心的数据是电芯的能量密度，该up主之前对tesla的4680电芯进行了庖丁解牛式的拆解，并将这些拆解的材料做成了一些纽扣电池。通过计算，4680的能量密度大概介于272到296Whkg，这是计算出的能量密度，实际电池的能量密度还得得通过充放电循环测试得到。
　　Twitter上的Troy提供了特斯拉4680电芯最近三年的容量路线，他提供的数据与纽扣电池测的数据大致一致。他提供数据中的2022年Tesla4680电芯电量为98Wh，对应于每公斤276Whkg。如果Troy的路线图正确，重量为355g的4680电芯明年能量密度将达到305Whkg，而到2024年达到333Whkg，到目前为止Troy提供的特斯拉4680电芯容量路线图，还是比较准确的。
　　特斯拉目前在其车辆中使用的2170电芯的能量密度大概是263Whkg，这些2170电芯的外壳和纸一样薄，而根据4680电芯的拆解情况看，4680电芯的外壳的厚度大约为2170的23倍，这意味着大约增加了10到15的重量，如果采用2170同样厚度的外壳的话。从能量密度的角度而言，不是什么好消息。原来的2170只是作为车辆的储能单元，但是对新一代的mdely而言，structurebattery是车辆结构件的一部分，电池不仅仅只是作为储能单元，还有参与到电池结构强度当中，4680的外壳不可能像2170的外壳一样，纸一样的薄。
　　马院士在去年的电池日中提到，后续电池负极会添加硅，但是特斯拉目前这一代中的4680的负极材料中不含硅，负极添加硅的话能量密度还能有个大约5到10的提升。不过即使如此4680的能量密度相对2170仍有有1030Wh的提升。前面提到4680的外壳的厚度是2170的23倍，对电芯质量有1015的影响，如果4680采用和2170同样厚度的外壳，那么能量密度还能再提升1015，那样电芯能量密度会超过300Whkg。
　　在特斯拉目前的2170电芯中，正极材料厚度约为60至70微米，而4680电池的正极材料厚度达到了85微米，增加了20多，对比2170。增加正极材料厚度的好处是增加活性材料与非活性材料的比例，从而提高电芯的能量密度。
　　电芯的设计很多时候是一门艺术，需要平衡不同的需求。正极材料厚度增加，能力密度增加了，但是这会使得锂离子进出正极材料变得困难起来，锂离子的通过速度变慢了，进而影响到电池的充电速度。这就印证了网上对装载4680电芯的model3进行充电测试时，实测的充放电性能并没有给大家带来意外的惊喜。也许进化版的电池热管理系统将增加的发热量补偿掉，也只能达到2170的水平。
　　总体来讲，这一代的4680电池并没有实现老饼王马院士在去年电池日上提到的一些黑科技，比如干电极，负极掺硅，无钴等。也许目前4680处于产能爬坡阶段，从良品率考虑做了很多的妥协，比如只有负极才有干电极，负极没有加硅，正极依然没有实现无钴。特斯拉目前产能的瓶颈在电池制造，因此第一代4680必须得稳妥上量爬坡。而且没有那些黑科技加持，从目前参数层面，4680依然很能打。ModelY4680电芯拆解信息2
　　油管的up主Jordan在网上众筹了800美元，从Munro那里买了一颗从ModelY上拆解下来的4680电芯，并委托加州大学圣地亚哥分校的ShirleyMeng的电池实验室进行了拆解，和后续的电池性能测试及理化分析。
　　Up主买到这个电芯的时候，ModelY已经行驶了大概420英里，可以算是全新电池了。Munro团队在拆解4680电芯是废了老鼻子劲了，干冰都用上了。
　　其实up主之前就从特殊渠道搞到一个还没有量产的4680电芯，也是委托ShirleyMeng的电池实验室进行的拆解和表征分析。
　　这两个电芯外观和尺寸大小几乎一致，但前一电芯为半成品，实测电压只有0。13v，无法进行电性能测试。而从ModelY上拆解下来的4680电芯的电压在3。52v左右，大概对应20～25的SOC。
　　电池性能分析电池容量
　　下图当中左边的为能量密度测试，充电电流为2。5A（略大于0。1C），从2。5v到4。3v，右边的是标称容量测试，ModelY4680电芯的标称容量为23。35Ah，标称能量密度为244Whkg。
　　为了保证电池实际使用寿命，通常会对电芯工作电压进行限制。测试过程中，当将电芯工作电压限制在3。0v到4。2v之间时，实际可用容量22。03Ah，对应95的DOD。如果按照25A（略高于1C）进行充电，实际可用电量只有19。98Ah，只有0。1C放电测得的容量的90。
　　直流内阻
　　2170是单极耳，4680是全极耳，4680电芯的直流内阻大约只有2170的13～14。更小的直流内阻意味着同样的电流大小，更小的发热量，利好电池快充。
　　并且全极耳对4680电芯的能量密度大概有1的提升，相比单极耳结构
　　能量密度
　　下表格中松下2170电芯来自美版长续航的model3，参数信息来自网上资料，LG2170电芯来自国内的长续航版model3，参数信息由ShirleyMeng的电池实验室测得，测试条件与4680一样。
　　从电芯能量密度指标来看，松下2170排在第一，LG2170排第二，特斯拉4680的能量密度最低。
　　未来特斯拉的4680电芯能量密度可能会从下面几个方向进行优化升级，比如负极添硅，减少电芯壳体的厚度等。正极材料厚度对4680电芯能量密度的影响
　　4680的正极材料厚度（180微米）比2170（120微米）厚50，正极活性材料容量增加了15，对4680电芯的能量密度有大约2到3贡献。
　　电芯壳体厚度对4680电芯能量密度影响
　　因为ModelY电池包去掉了之前电池包内的横梁结构，为补偿损失的结构强度，电芯需要作为结构件承担部分车身的扭转刚度，因此4680电芯的壳体比2170厚得多
　　因为2170具有更薄的电池壳体，对电芯能量密度提升有10贡献，
　　最后，松下2170的负极材料中添加了硅元素，对能量密度提升有5到10的贡献。
　　正极材料
　　和前一个4680电芯相比，两者镍钴锰的质量比略有不同，可能是因为样本较小的原因，也有可能是正极材料的改进
　　4680和2170电池都使用NCM811，但是二者具体金属元素质量比还是有些微小的差异，4680电芯中钴的质量比比2170高，这是未来特斯拉可能会迭代改进的地方，钴矿比较少，价格较贵，整体趋势是少钴无钴。
　　正极材料厚度
　　ModelY4680电芯厚度也与上个4680电芯厚度一样，180微米左右
　　通过下面的对比可以看出4680的正极材料有多厚，正极材料越厚，能附着的正极活性材料越多，能量密度越大。但也不是没有缺点，电极越厚，锂离子移动越困难，充电速度就上不去。
　　负极材料
　　像上一个4680电池一样，负极材料不含硅
　　负极材料厚度
　　ModelY4680电芯厚度也与上个4680电芯厚度一样，250微米左右
　　负极材料干电极工艺
　　两个电池的负极材料都显示出蚕丝一样结构，表明电池的负极材料仍然使用干涂层。