大圆柱4680电池技术大比拼

目前，锂电池封装形式技术路线主要包括圆柱、方形、软包三种形式。

• 方形： 通常采用卷绕或者叠片工艺进行裸电芯的制作，以方形的铝壳或者钢壳作为封装材料。方形电池有成组效率高、单体容量大、结构简单的优点，但其一致性较低、散热难度大。

  
  

• 软包： 软包动力电池采用铝塑膜作为外壳，通常采用叠片工艺进行裸电芯的制作。软包电池有单体能量密度高、电化学性能良好、安全性高、设计灵活等优点，但其产品一致性要求更高、成组效率相对较低、成本相对较高。

  
  

• 圆柱： 圆柱电池 通常采用圆柱形的钢壳进行封装，裸电芯制作采用卷绕工艺。圆柱电池具有一致性好、生产效率高、系统层面散热能力强，尺寸升级后可一定程度上改善其原本的单体能量密度低、模组所需电芯多及其导致的寿命差、管理复杂等问题。但总的来说，其能量密度较低、产品的成组效率较低仍然是较为明显的劣势

表1 锂电池三种封装形式特点对比

圆柱电池向大直径发展，能量密度得到提升： 特斯拉21700电池较 18650 电池实现了单体能量50%的提升；4680电池较21700电池能量提升了5倍，功率提升了6倍，续航对应提升16%。随着电池尺寸的增大，电池不贡献能量密度的结构件等重量或体积占比会减小，从而电池的能量密度可以得到提升。此外，单体电池尺寸和容量提升后，整体电池包的空间利用率和成组效率得到相应提升，从而带来电池包的能量密度提升以及成本的下降（4680 电池相比于21700 电池单KWh 成本降低 14%）。

46mm 外径是兼顾续航和经济性的设计方案： 在动力领域，圆柱电池尺寸增大虽然能够提升能量密度、减少整车使用的电芯节数，降低电池管理系统的管理难度，然而也会带来性能和其他方面的问题。随着外径的增大，电池不贡献容量的部件占比会减少，生产效率会得到提升，因此成本会随之降低。当外径增加到46mm后，整车的续航开始下降，同时降本的 边际效益 也逐步趋缓，因此综合考虑电池的整体性能和经济性两方面，46mm外径是当前技术水平下的最优解。大圆柱电池的高度尺寸则主要是与整车厂的底盘和电池包设计有关，目前主流的高度尺寸为80/95mm。其中，80mm高度设计以特斯拉为代表，而95mm高度设计以宝马为代表。

“ 4680大圆柱带来全新电池概念，在采用无极耳、硅碳负极等新材料与新技术下，其电芯能量提升 5 倍，输出功率提升 6 倍”

据高工锂电，2023年 国内动力电池中方形、圆柱、软包出货量分别为 133.6、4.9、 4.2GWh，占比分别为 93.6%、3.4%、2.9%。

• 方形电池： 成组效率突出、高膨胀化学体系（如硅碳负极、天然石墨）方面不如圆柱；

• 软包电池： 在安全性、循环寿命及充放电倍率等方面好、一致性不佳，容易发生漏液。

• 圆柱电池： 工艺成熟、PACK 成本低，电池良率及电池组一致性高，且电池组散热面积大。

图1 传统方形、圆柱型、软包电池性能比较

特斯拉在超级电池日上发布第三代 4680 电芯。46mm 是在遍历所有关键指标，发现成本最小的电池外径。4680 在采用无极耳、硅碳负极等新材料与新技术下，能量提升 5 倍，输出功率提升 6 倍；同时可以让电动车续航提升 54%，每千瓦时电池价格下降 56%，生产成本降低 69%。

图2 46mm是性能和成本权衡下的最优选择