近日，特斯拉放出的一段4680動力電池視頻，除了吸引電池人才，也向外界呈現(xiàn)了特斯拉的CTP無模組電池方案。

該方案采用特斯拉最新的4680電芯（直徑46mm，高80mm），完全取消了電池模組設計，直接將960個4680電芯按照40x24的排列方式放入動力電池結(jié)構(gòu)體中。由于圓柱體良好的剛性，4680電芯既有儲能作用，又有結(jié)構(gòu)支撐作用。這一方案和比亞迪的刀片電池設計思路非常相似，值得大家仔細研究。

注：特斯拉現(xiàn)有電芯為21700電芯，直徑21mm，高70mm

特斯拉和蘋果有一個共同點，那就是關于產(chǎn)品規(guī)格參數(shù)，喜歡說用戶似懂非懂的話。比如4680電芯的規(guī)格：能量提升5倍、里程提高16%、輸出功率提升6倍！說的云里霧里，讓很多讀者迷茫！

很多不專業(yè)的媒體，甚至解讀出“能量密度提升5倍”這種謬論！

我的天，如果能量密度提升五倍，估計馬斯克就能獲得諾貝爾獎了！

今天我們就用數(shù)據(jù)詳實的分析一下，特斯拉的4680電池，在未來到底有多大的優(yōu)勢和潛力？到底能不能吊打其他新能源對手？

我們從能量密度和容量入手，分析4680電池的優(yōu)勢到底在哪。

能量密度包括重量能量密度和體積能量密度，在新能源領域，更關心的是電池重量能量密度。

電池重量能量密度 = 電池容量 × 放電平臺電壓 / 重量，基本單位為Wh/kg(瓦時/千克)

電池的能量密度又分為電芯的能量密度和電池系統(tǒng)的能量密度。

4680電芯的能量密度和容量

組成電芯的各種材料特性決定了電芯的能量密度，在不改變材料特性的情況下增大電芯尺寸，不能從根本上改變電芯的能量密度。這從松下18650電芯到21700電芯的改變就能看出來：

來源：汽車人參考

21700和18650相比，體積增加了約46.6%，容量增加了約60%，重量增加了約55%?？梢钥闯觯芰棵芏然緵]變，約為247Wh/kg。

4680電芯體積是21700的5.48倍，按照18650到21700的情況類別，在不考慮其他技術改進的情況下，容量增加5倍是很正常的。所以特斯拉說能量提升五倍（ENERGY 5X），是很誠實的，實際可能是約5.5倍。

也就是說不考慮其他技術改進，4680電芯的重量能量密度變化不大，所以4680電芯的重量應該也增長約5倍。

近期松下表示，將把內(nèi)華達州Gigafactory生產(chǎn)的21700電池能量密度提高5%。最新出口歐洲的Model 3車輛登記信息已經(jīng)顯示電池容量為82kWh，相比之前的78kWh，確實提升約5%。

所以，我們可以算出，最新的松下21700電芯容量約為5000mAh。

那么4680電芯的容量差不多是5.5 x 5000 = 27500mAh = 27.5Ah。

這就是4680電芯短期內(nèi)的容量，能量密度則為27.5x3.6/0.07x5 = 283Wh/kg。

考慮到其他的技術改進，比如陽極陰極材料等，接下來4680電芯的總?cè)萘繎苓_到30Ah。而能量密度應能達到300Wh/kg。

從以上數(shù)據(jù)看，馬斯克在4680電芯容量上是誠實的！

我國工信部《汽車產(chǎn)業(yè)中長期發(fā)展規(guī)劃》中要求2020年動力電池單體能量密度達到300Wh/kg，這樣看來特斯拉是忠實的踐行者！

國內(nèi)企業(yè)如果想達到這樣的能量密度，采用的都是軟包電芯，軟包在單體密度上更有優(yōu)勢，可是由于安全限制，做不到無模組集成。

我們接下來就看看4680的無模組（CTP）方案對電池系統(tǒng)的影響。

4680 CTP方案對電池系統(tǒng)能量密度的影響

我們先看看采用21700電芯的Model 3電池是什么樣子：

Model 3 21700電池

Model 3的長續(xù)航版電池包由2大2小四個模塊串聯(lián)組成，大模塊(黃色)包含25個串聯(lián)電池塊，小模塊(綠色)包含23個串聯(lián)電池塊，每個電池塊由46個21700電芯并聯(lián)構(gòu)成，共計4416個電芯。電芯排列如下：

現(xiàn)在我們算一下電芯占模組的面積比：

小模組尺寸1860x323mm，面積約0.6平方米，電芯面積約為0.366平方米，電芯占模組的面積比約為61%。大模組尺寸1948x323，面積約0.629平方米，電芯面積約為0.398平方米，電芯占模組的面積比約為63%。平均占比62%

模組中間的空隙按10%面積算，那么4個21700模組占用的總面積約為：2.7平方米。電芯占總模組面積比約為56.6%，可以看到由于分了4個模組，電芯面積占比一下降了5.4%。

而這一情況在4680電芯上面是不存在的，因為取消了模組。我們以24x40=960的布局計算一下4680電芯占據(jù)的面積：960x3.14x23x23/0.62 = 2.57平方米。也就是說占用面積減少了5%。

21700電池容量按松下最新的規(guī)格，為82kWh。4680電池容量為960x27.5x3.6 = 95kWh，也就是說容量增加15%。

新的4680無模組方案，電芯占據(jù)面積減少5%，容量增加15%。

如果不減少面積，就按照21700的面積把電芯布滿，那么4680電芯數(shù)量約為容量為約為100kWh，容量提升22%。

看到了吧，只要把電芯換成4680，其他什么都不干，Model 3就能實現(xiàn)100kWh的電量！

所以馬斯克說的續(xù)航里程提升16%，也是靠譜的。

說完了容量，我們再來看看系統(tǒng)的能量密度。

Model 3 21700電池系統(tǒng)重量約474kg，小模組約86kg，大模組約93.5kg，四個模組總重量約359kg，電芯重量約312kg。

電芯占模組比重約為87%，其他47kg為結(jié)構(gòu)件、冷卻系統(tǒng)、線纜、PCB等，每個模組約12kg。

模組占系統(tǒng)比重約為76%。其他115kg分為兩部分，一是系統(tǒng)上殼體53kg，基本都是高低壓設備、BMS和殼體。另一部分是系統(tǒng)下殼體62kg，基本為結(jié)構(gòu)件、冷卻管路、電纜和管理系統(tǒng)等。

電芯占系統(tǒng)比重約為66%。系統(tǒng)能量密度約為173Wh/kg?？梢钥吹疆斍暗腗odel 3是能夠拿到新能源最高補貼系數(shù)。

補貼系數(shù)和能量密度關系

我們再看看4680電池的情況，電芯重量約960x70x5/1000 = 336kg。加上模組內(nèi)的冷卻系統(tǒng)和線路等設備重量336+12 = 348kg。系統(tǒng)上殼體內(nèi)的高低壓器件很難縮減，BMS能夠優(yōu)化，預計重量仍有50kg。系統(tǒng)下殼體是優(yōu)化最大的地方，取消了模組，那么模組間的冷卻、線纜等都可以簡化，包括結(jié)構(gòu)件都可以優(yōu)化，估計下殼體重量至少能減少40%，預計重量不會超過40kg。

因此4680電池系統(tǒng)的總重量約為438kg，實際的數(shù)據(jù)只能等待特斯拉新產(chǎn)品上市后的拆機報告，但是應該偏差不大。

所以，4680電池系統(tǒng)的能量密度約為95x1000/438 = 217 Wh/kg。

只是更改了電芯，系統(tǒng)能量密度就提高了25%，這就是4680的優(yōu)勢。如果再加上后期陰極陽極材料的改進，特斯拉預計會有24%的提升。電池系統(tǒng)能量密度很大概率能突破270Wh/kg。

這就是4680電芯在未來的真正實力！考慮成本優(yōu)勢，4680電芯的實力將更強大！

大電芯的風險

天底下沒有免費的午餐，4680優(yōu)點這么突出，那么缺點肯定也很明顯，要不然大家就都用5號電池開汽車了！

4680在增大尺寸的同時，也給三元鋰電芯的熱管理帶來了新的挑戰(zhàn)。雖然電芯數(shù)量的減少，大幅簡化了BMS系統(tǒng)。但是每個電芯在充放電的時候都要承受更大的電流，發(fā)熱也會更多。

估計現(xiàn)在除了特斯拉，也沒有人敢承擔這個風險，特斯拉的無級耳專利技術會在一定程度上減少發(fā)熱。但是電芯內(nèi)部短路導致的發(fā)熱特斯拉也解決不了，只能通過優(yōu)秀的BMS管理系統(tǒng)去提前預警。這方面只能看新電池上市后的表現(xiàn)了。