4680电池是一种以尺寸命名的圆柱体电池,其直径为46mm,高度为80mm。这种命名方法源自于之前的1865(或18650)和2170(或21700)圆柱电池。
如果将这三种电池放在一起比较,可以发现它们的体积差异相当大。那么,为什么要增大电池呢?就像一个大包子是否一定比八个小包子更香呢?
特斯拉对这个问题进行了研究,并绘制了两个曲线图。曲线显示,随着圆柱电芯变大,制造成本降低,最大续航里程增加(对应电池包能量密度的提升)。
然而,随着半径增大,改进效果逐渐减小,甚至会导致续航里程的减少。因此,特斯拉选择了它认为合理的折中方案:直径46mm,高度80mm,也就是4680电池。
因此,特斯拉的圆柱电池历史可以简单明了地总结如下:早期笔记本使用的18650电池过于小,但没有其他选择,只能在电池管理系统上做更多工作,赶紧使用。后来,随着实力的增强,特斯拉推出了21700电池以实现一些改进。而如今,如果特斯拉崛起并且有足够的财力和市场需求,自然会追求更好,也就是4680电池。
4680电池的尺寸增大,需要对整个电池进行多项改进,这就是创新。有一张图能很好地概括这些改进。
其中,特别值得一提的是所谓的「无极耳」(又称「全极耳」)技术。对于稍有了解电池的消费者来说,他们可能知道正极、负极、电解液和隔膜,但对于极耳可能不太了解。
锂电池由层层叠叠的正极、负极和隔膜组成,通过这种方式扩大充电和放电的反应面积。在如此大面积的充放电反应之后,电流需要被收集起来并延伸到电池外部,与外部电路的正负极相连接就是极耳的功能。
如果将一个楼型从1梯2户变成1梯16户,显然就承受不住了!同样地,圆柱电芯变大,电流也会增加,极耳也可能无法承受。创新的方法是设计一个「集流盖」,整个盖子就成为一个大极耳。因此,整个盖子都是极耳,被称为「全极耳」;再加上看起来找不到极耳的特点,也被称为「无极耳」。
需要注意的是,不仅特斯拉一家在研发和制造4680电池,还有许多其他国内外的电池厂商也在努力。