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特斯拉4680电池工艺技术复盘！研发人员不可错过的5个要点

发布时间：2025-06-25

距离特斯拉2020 年 9 月正式发布 4680 电池，已经过去快5年。这款直径 46 mm、高度 80 mm的圆柱锂电池，旨在显著提升电动汽车性能，同时降低成本，满足高能量密度、长续航、高功率输出以及大规模生产的需求。

如今，4680 电池在技术上不断迭代，不仅应用于特斯拉旗下车型，还被纳入其储能产品 Powerwall 的技术路线中，展现出更广泛的应用前景。虽现有市场经常拿4680和麒麟电池进行对比。但由于两款电池设计侧重点、结构尺寸、电池材料成本等因素不同、 4680 电池仍凭借自身在成本、性能等方面的特点，在特斯拉的规划以及电动汽车电池市场中占据一定地位。

4680 电池集成了干电极涂层、全极耳结构、大圆柱形态等创新设计，为行业提供了突破传统电池架构的新思路，仍值得电池研发和新能源从业人员深入剖析和学习。

4680电池核心参数与材料体系

01.性能升级

相比 2170 电池，能量密度提升 50%（达 284.4Wh/kg），单体容量提升 5 倍（27.46Ah），续航里程增加 16%，功率密度提升 6 倍。

02.成本控制

通过干法电极工艺、全极耳设计及大尺寸电芯规模化生产，量产初期较于2170电池降低单位 Wh 成本 14%。

03.结构革新

首次实现 “无极耳 + 干法电极 + CTC 集成” 的技术组合，推动圆柱电池技术迭代。

4680电池结构设计拆解

01.全极耳（无极耳）设计

电流路径优化：传统极耳设计电流传输路径长达 4.5m，全极耳设计将路径缩短至极片宽度（75mm），内阻降低 90%（铜箔内阻从 43.75mΩ 降至 0.012mΩ）。

结构实现：正负极集流体边缘留白区（3-6mm）倾斜切割后折叠，形成 “花状卷芯端面”，通过激光焊接与集流盘连接，确保全表面导电。

倍率性能：5C 放电容量保持率从 65% 提升至 85%，快充时间（10%-80%）缩短至 15 分钟。

热分布：极片温度均匀性提升，最大温差从 12℃降至 5℃，降低热失控风险。

02.壳体与安全设计

壳体创新材质：铝合金壳体厚度 0.3mm，重量比不锈钢降低 40%，导热系数提升 3 倍。

防爆结构：顶部防爆阀开启压力 1.5MPa，底部集成 CID（电流中断装置），压力超过 2MPa 时自动切断电路。

散热设计：端面面积从 3.46cm² 增至 16.6cm²，热传导效率提升 4.8 倍，配合 CTC 技术实现底盘一体化散热。

4680电池的工艺技术突破

01.干法电极工艺

4680电池采用干法电极工艺，电极制造过程没有溶剂，湿涂层的干燥过程，工艺更简单，更灵活性，生产环境绿色环保，并节省了材料、时间和人工等生产成本。

纤维化设备：采用 Maxwell 型双辊挤压机，通过 1000rpm 高剪切力将粘结剂（PVDF）纤维化，包裹活性物质颗粒，粘结剂含量从 3% 降至 1% 以下。

02.卷绕创新

预折弯工艺：集流体留白区先经辊子预折弯（角度 0-30°），再卷绕成芯，避免折叠开裂，良率从 85% 提升至 98%。

激光焊接：集流盘与极片采用脉冲激光焊接（功率 80-120W），焊点直径 0.1mm，拉力≥5N，电阻≤0.01mΩ。

03.组装工艺

将电芯裸芯装入干燥、清洁的壳体中，采用激光焊接技术将极耳与壳体引脚进行连接，完成电芯的封装。

01).整体结构：采用 CTC 技术，电池与底盘集成，简化整车架构。以 Model Y 为例，去除座椅及后部高压部件后，电池重 500kg（80kWh），能量密度提升显著，还降低车身重量与电耗。

4680电池直接集成在汽车底盘上

02).电芯固定：电池包内用聚氨酯发泡胶水替代支架，兼具固定、缓冲、隔热功能，不过导致电池难以维修，故障时多需整体更换。

03).顶部连接：电芯上方网格结构含电压 / 温度采样模块与正极汇流排，通过激光焊接相连。无极耳设计让负极环绕，提升集流器设计自由度。

04).底部防护：底部设云母片绝缘和 ABS 底座，排气管路可将热失控时的膨胀气体向下排放，为 CTC 方案提供安全借鉴。

05).材料创新：柏林工厂测试钛合金外壳，耐温从 150℃提升至 600℃，降低热失控风险。2025 年升级版采用 “防爆铠甲” 结构，镀镍钢外壳抗压 900MPa，搭配蜂窝板与泡沫填充，针刺后温度仅 38℃ 。

04.注液工艺

真空注液（-0.1MPa）+ 静置 24 小时，电解液浸润效率提升 40%，注液量误差控制在 ±0.5μL，确保离子传导均匀性。

4680电池的性能测试

电性能

开展 0.2C - 5C 倍率充放电测试评估不同速率性能；1C 充放电（2.8 - 4.2V）循环寿命测试，测试其寿命衰减情况；0.1C - 5C 倍率性能测试；常温静置 30 天自放电测试。

安全性能

实施充电至 5V、放电至 2V 的过充过放测试；短路、针刺、挤压测试安全性能；85℃/95% RH 环境 48h 高温高压测试，考察电池高温高温下的稳定可靠性。

环境适应

进行 - 20℃ - 60℃高低温充放电测试；模拟车辆振动工况测试电池结构稳定性；跌落高度测试外壳与内部结构安全性，保障电池运输和使用安全。

在用户实际体验方面，网上不少老特斯拉车主反馈，特斯拉在电池续航表现上较为实在，无明显虚标情况。部分车主表示，车辆显示的剩余电量与实际可行驶里程较为匹配，基本能达到官方标称续航。这一现象得益于特斯拉的BMS电池管理系统，该系统能精准监控电池状态，优化充放电过程，高效利用每一度电，降低电量估算误差。