点评特斯拉4680电池，Model Y率先使用
在上个月特斯拉的电池日活动中，特斯拉CEO马斯克揭晓了全新动力电池，发布了全新的无极耳4680电池。成本低、充电快、续航长，这款电池简直是厉害了！近日，马斯克又剧透说即将推出的Model Y上会率先用上4680电池，又让这款电池的话题推上了热搜。现在看来，非常有必要针对4680这款电池进行更深度一些的分析和讨论了。
也许你会觉得有一些枯燥，对充电曲线的预测，2170电池与4680电池包装尺寸的叠加对比，串并联电池的配置，还有特斯拉连接电池的方式...但是这些内容将会为我们透露即将面市的一款新车，它能带给我们什么样的使用效果。
4680电池更安全？特斯拉存在了8年的电池冷却缺陷将被改善
有外媒评价说，特斯拉的新4680电池组将使用更简单、更容易组装的平板冷却方案，抛弃原有的冷却方案。虽然特斯拉官方并没有特别强调说会采用平板散热方案，因为没有办法通过侧面有效地冷却这些直径较大的电池。最有效的冷却方式是通过电池的两端，新的无耳电池在电池盖和电池内部之间提供了一个很好的热传导路径。
关于特斯拉的电池冷却缺陷，在今年6 月 30 日时，因特斯拉内部的一封邮件被曝光后公之于众。早在 2012 年量产 Model S 的时候，特斯拉就已经知道电池冷却有问题，甚至可能导致起火，而这个问题至今还没解决，已经八年了！
特斯拉曾先后委托三家公司测试调查电池冷却配置，结果均显示 Model S 冷却系统的末端连接配件有问题。特斯拉的电池冷却系统是通过电池加装外部冷却液管实现的，但管道末端接头使用了强度较低的铝材，很容易磨损破裂，造成冷却液泄露，导致汽车电池短路失火，或在电池内部留下易燃残留物。
而铜阳极电极板本身就能起到很好的散热作用，在电池内部让温度更均匀的分布。似乎看起来，长达八年的安全隐患要因此而解决了！
另外，马斯克表示：电池片是粘在电池包的底部和顶部的板材上的，在增加电池包的抗剪强度的同时，顶部和底部的板材也会兼作冷却板。在Model 3的电池包中，电池被粘在冷却板上。
4680电池的充电速度有多快？10%-80%需15分钟，10%-50%需7分钟。
最大充电速度：275千瓦
下面是Model 3和Model Y的 2170电池包和4680电池包的比较分析。
在29.4摄氏度（85华氏度）的温度环境下，对4680电池包进行充电，从10%到80%的充电时间从25分钟减少到了15分钟。如果你只需要充到50%的电量，那么可以在7分钟内完成，这样的速度，几乎和汽油车加油的时间一样快。
预计，最大充电速率从2170电池的250千瓦增加到4680电池的275千瓦。275千瓦的充电速率保持不变，从10%到50%的充电状态开始逐渐降低充电速率。当电池达到温度极限时开始渐变，根据Model X的数据，如果在45摄氏度（113华氏度）的温度下，渐变点与环境温度密度相关。在较高的环境温度下，空调系统的性能会下降。
以下为2170电池和4680电池的充电曲线和时间的关系对比图。
以下为2170电池和4680电池的充电曲线比较与充电状态（SOC）的关系对比图。
我们可以看到电池包的尺寸显著缩小了，冷却方式变化以后特斯拉可以将电池包装得更紧密。这是一个优点，因为它减少了极性惯性矩，并改善了车辆的操控性，因为质量会更多地集中在车辆的中心。
下面是 96S9P 76 kWh 4680电池组截面图。
在4680电池组的横截面，显示了顶部和底部的平板冷却和电池的电气连接。特斯拉或将取消手指集电极的概念，用线焊等方式，转而采用简单的板式集电极，直接焊接到无极耳阳极或阴极连接的电池体上。
为了将一组电池的阳极和另一组电池的阴极连接起来，又重新采用了以Model S型为基础的反转技术，即把每一个平行电池组的电池翻转过来。
下面是76千瓦时的4680型电池组与2170型Model 3电池组的截面叠加图。
如前所述，预计会有一个顶部冷却板和一个底部冷却板，电池和冷却板之间胶合。冷却板还将为电池组增加强度，电池的阴极（铝）端和阳极（铜）端之间的传热比例为30%/70%。
热电模型包括了电池组的所有具体内容，这包括电池尺寸、安培小时额定值、导热系数等等。其中一个关键因素是电池的电阻，因为这决定了电池的发热量。新的4680无极耳电池在10% SOC时初始内阻为3 毫欧姆，并在80% SOC时逐渐降低到2 毫欧姆。2170电池的电阻为23/20/20 毫欧姆。我们可以看到，电池的电阻降低了10倍。相比之下，特斯拉在专利应用中标注的技术，可以达到减少5-20倍的效果。
此外，制冷量也值得关注。现有的Model 3制冷能力为2-3吨，它取决于环境温度。 特斯拉有可能会增加堆栈式制冷和交流压缩机的尺寸，以提供更好的包体制冷效果。
电池包的热质量也会发挥作用，在以最大充电速率充电的第一部分，电池产生的热量超过了制冷系统能够跟上的范围，因此电池包开始发热。热质量会延迟电池过热的发生，因为它储存了热量。当电池达到其温度极限45摄氏度（113华氏度）时，开始逐渐降低充电速率。
以上图片为A/C性能与环境温度的关系。在较高的环境温度下，空调性能会下降，这就是为什么在较高的环境温度下，最大充电功率的初始渐变点会在较低的SOC下出现。
张宁欣博士（奥中科技交流协会秘书长，就职于欧洲某著名技术研究所）
特斯拉电池的创新主要是来自外围非核心结构的创新，比如通过增加电池单体尺寸，相对减少外壳的占比。而能量密度的真正提升，必须而且只能通过材料创新来获得。生产工艺的创新可以降低成本，但是对能量密度几乎影响不大。电池正负极材料的创新会带来锂电池电化学体系的性能的飞跃，但是这需要经过长时间的科研积累。
金敏工程师（电池专家，就职于世界著名汽车技术公司，奥地利华人汽车工程师协会会员）
特斯拉的电芯负极的设计蛮新颖的，传统圆柱型的电芯内阻比方壳和软包更高，单个20mΩ左右，这个新的设计可以减到10以内，如此一来消耗在电池内阻上的能量就少了很多。
电池包的设计看截面是去掉了模组，直接CTP(电芯到包,Cell To Pack),和最近国内几家公司推的类似。 不过看这个截面对电池包的抗挤压和碰撞能力有些担心，原来内部加强的上下支撑结构都没有了。
没有具体调查原因和数据，上面列表中没有中国的企业和机构，只能说我们需要更多的努力。
王军（欧洲知名汽车技术公司高级工程师，奥地利华人汽车行业工程师协会 ACSAE 会长 ）
2000-2018年电池技术专利登记世界前25名
虽然在电池方面的发展，特斯拉被认为是电动汽车的先驱。 但是该公司甚至没有出现在电池技术领域大多数专利的排名中。
就电池回收再利用的部分，我有一些观点分享。2019年1-12月，我国动力电池产量累计85.4GWh，同比累计增长21.0%。电池回收再利用，肯定可以降低新电池的成本。就目前国内的汽车行业的发展情况而言，蔚来汽车已经开始了电动汽车租用电池的商业模式，这给电池的生产，维护和回收的管理更集中，为电池的回收再利用提供了更好的条件，我对汽车动力电池的成本会快速持续降低非常乐观。
王永力博士(陶瓷电池材料专家，就职于世界著名电子原材料元器件公司欧洲分社，奥地利华人汽车工程师协会会员)
电池原料的回收再利用需要非常专业的知识、技能和设备，包括完善的产业体系。简单的说，从旧电池中分离并再生这些生产电池的原材料，在目前条件下未必会比从矿石中提炼全新的原材料省钱，所以这一点不仅仅是机会，还是挑战。
当然，旧电池材料的循环利用从可持续发展和环境包护的角度是有重要意义的。
特斯拉在电极材料的回收再利用已经开始布局，期望从本土化和原材料选择上大幅度降低成本(排第三位)。尤其是钴材料，作为一种比较贵的过渡金属，我国钴资源储量仅占全球总量的1%，因此钴资源十分短缺，每年自产矿石钴金属量只有1500吨左右，进口依赖度在90%以上，特斯拉在电极材料的开发和制造方面的理念值得我们的电池工业界的借鉴和思考。