
5. 阴极
不同的产品使用不同的电极。LFP 4680 用于低续航车辆和储能电池,专注于提供更多的循环时间。镍锰 4680 电池用于中档车辆和首页用电池。高镍 4680 电池用于 Cybertruck 和 Semi。
特斯拉的正极材料专注于高镍和无钴方向,但尚未提出任何主流路径之外的创新。它们使用 NCA 单晶路线通过提高电压来提高能量密度,其材料的热稳定性可与磷酸铁锂相媲美。
5.1. NCA
三元正极材料路线一般分为两条路径:NCA(镍钴铝),特斯拉采用。NCM(镍钴锰),如 NCM523、NCM622、NCM811,被宁德时代(宁德时代新能源科技有限公司)等公司使用。
元素在正极材料中的作用如下:镍:提高电池能量密度,降低电池成本。这对于提高电池的续航里程至关重要。钴:为阴极提供结构稳定性,但价格昂贵且环境污染大。锰、铝:提高材料的导热性、稳定性和安全性。铁:作为镍的替代品,它的能量密度较低,但价格较低,充放电循环次数较高。与 NCM 相比,NCA 具有更高的能量密度和更严格的制造要求,但安全性略低。特斯拉增加了其 NCA 配方中的镍含量并降低了钴含量,从而提高了能量密度并降低了成本。
三元正极材料路线一般分为两条路径:NCA(镍钴铝),特斯拉采用。NCM(镍钴锰),如宁德时代使用的 NCM523、NCM622、NCM811:元素在正极材料中的作用如下:镍:提高电池能量密度,降低电池成本。这对于提高电池的续航里程至关重要。钴:为阴极提供结构稳定性,但价格昂贵且环境污染大。
锰、铝:提高材料的导热性、稳定性和安全性。铁:作为镍的替代品,它的能量密度较低,但价格较低,充放电循环次数较高。与 NCM 相比,NCA 具有更高的能量密度和更严格的制造要求,但安全性略低。特斯拉增加了其 NCA 配方中的镍含量并降低了钴含量,从而提高了能量密度并降低了成本。

5.2. 单晶
与增加镍含量以提高能量密度不同,单晶旨在通过增加正极材料的电压来提高能量密度。单晶材料更适合高压,因为它们没有晶界,可以提高三元电池的热稳定性和循环性能。5 系列中具有代表性的高压单晶材料是镍 55 电池。它使用与 NCM523 相同的镍含量,但达到了 NCM811 的能量密度,同时在材料方面也表现出更突出的热稳定性,与 NCM811 相比成本更低。
5.3. 4680 电池阴极趋势
4680 电池采用三种不同的阴极材料:磷酸铁 (LFP)、镍锰铝 (NMA) 和高镍 (NCA)。
5.3.1. 高镍方向目前主导 4680 电池
高镍版本目前是特斯拉 4680 电池的主要方向。它旨在用于 Cyber truck 和 Semi 等高速车辆。此外,Model 3 和 Model Y 的远程和高性能版本也可以使用这种高镍变体。
5.3.2. 4680 镍锰版本沿用高镍版本
在 4680 电池的高镍版本技术成熟后,特斯拉将开发镍锰版本,用于 Model Y 等中档车辆和首页用电池。
5.3.3. 磷酸铁阴极在 4680 电池中的潜在用途
在 4680 电池中有可能使用磷酸铁作为正极材料。特斯拉在电池发布会上没有提及其循环性能,因为硅基阳极往往会膨胀,从而减少充放电循环次数。一旦 4680 电池技术的镍锰变体成熟,磷酸铁版本 4680 可能会推出。这种变体将用于低成本汽车和储能电池,专注于高循环性能。
4680 电池的发展,从高镍变体到镍锰变体,最终到磷酸铁变体,将推动该行业对相关材料的需求。
6.产业化进展
6.1 特斯拉在 2020 年率先宣布推出 4680 电池,并计划到 2030 年达到 3 TWh 的产能。
6.2 EVE 和 Panasonic 在大型圆柱形电池领域处于领先地位。
6.3 LG、三星、宁德时代、BAK 和 SVOLT 等其他电池公司也取得了重大进展。
7.结论
4680 电池的核心创新工艺包括:大电芯 + 全极耳设计 + 干电极技术。这些进步增强了电池电量和安全性,提高了生产效率和快速充电性能,并降低了电池成本。这允许进一步提高能量密度和循环性能。当前的技术挑战在于全极耳的生产和焊接以及干电极工艺。