难产的 4680，马斯克的心头病|固态电池|埃隆_马斯克|特斯拉|电芯|负极

（图片来源：AI）

一直以来，马斯克有一个很强的人设：吹过的牛都实现了。

从造电动车，到发射火箭，再到全身不锈钢的 Cybertruck （参数丨图片），不管你是不是马斯克的拥趸，都不得不承认这一点。但是，在 4680 电池上，马斯克的「不败金身」恐怕要被打破了。

最近有消息称，特斯拉可能考虑放弃 4680 电池生产，转向外部供应商采购。

这并不是空闲来风，4680 的生产一路上都比较坎坷：

原计划 2022 年投产，最终 2023 年正式开始生产；

原计划 2022 年产能达到 100GWh，截至今年一季度，4680 今年的年产能约 7GWh；

原计划供给 Cybertruck、Semi、 Model Y 等车型使用，按目前的产能，每周约够 1000 辆 Cybertruck 使用；

原计划，4680 能在传统电池基础上降本 50%，到今年一季度，特斯拉在每周成本持续下降的情况下，给出的目标是「年底前击败镍基电池的供应商成本」。

随着特斯拉准备外部采购 4680 消息的传出，连这个目标可能也有点渺茫了。

产能爬坡不及预期，成本优化降不下来，一向在创新技术上有点「魔力」的特斯拉，怎么在 4680 电池上屡屡受挫？是什么让 4680 卡住了马斯克的「脖子」呢？

梦的开始：电池革命

先回到梦开始的地方，4680 第一次出现在大众视野里，还是 2020 年的特斯拉电池日：把圆柱电池的尺寸从直径 21 毫米、长 70 毫米提升至直径 46 毫米、长 80 毫米，这种由特斯拉提出的大圆柱电池缩写成「4680」。

之所以要从「2170」小圆柱电池改成「4680」，简单来说是为了「皮薄馅儿大」，单个电池中的能量物质占比提高了，电池间排列的间隙少了，能量密度也就提高了。当然尺寸越大，对制造工艺、安全性的要求越高，能量密度的提升反而放缓，所以直径 46mm 就成了主流的选择，比如特斯拉的 4680 电池，宝马的大圆柱电池 4695 等。

4680 电池在当年看来绝对算是「电池革命」，不仅尺寸更大，也用了不少特斯拉的创新技术，比如：

大圆柱的尺寸，单体容量高，电池排列缝隙小，空间利用率高，能量密度自然更高。

无极耳（全极耳）设计，降低了电池内阻，电池充放电倍率高、散热性好；跟 2170 电池的单极耳设计相比，电阻从 23mΩ降低到 2mΩ，电芯内部消耗从 2W 降低到 0.2W。

硅基负极技术，硅基负极理论容量高，能提升能量密度，且稳定性和安全性高；

干法电极工艺,简化工艺，降低生产成本，制造成本降低 20%，设备投资降低 35%，占地面积减少 70%。

这一系列创新技术综合起来，当时 4680 电池展示出的效果是：相比于 2170 电池，能量密度提升 5 倍，续航历程提升 16%，整体生产成本降低 56%。

这一系列性能优势，对于锂电价格处于高位的 2020～2021 年来看就是一场电池革命；但相应地，4680 用到的一系列创新技术，大圆柱电池、无极耳、硅电极、干法电极等，也都没有什么成熟的经验可以直接拿来用。

所以，从 2020 年至今这四年里，特斯拉就被困在了如何把逆天的 4680 从理论走到落地，再从实验室走到大规模量产。

噩梦的电池：制造难题

完美的产品亮相后，艰难的生产制造开始了。

4680 电池的创新技术中，最被关注、也对电池生产线改动最大的就是干法电极技术。

目前市场主流采用湿法电极：把湿的电极浆料涂在电机薄膜上，干燥、压制、分切成电极，最后再真空干燥；

特斯拉的设想是：既然湿的电极浆料还要干燥，那就直接用干的电极材料涂抹，这样不仅能减少干燥和真空干燥的步骤，也减少了这两道最占地方的工序；简化工艺，降低生产升本，还能降低生产线成本。

（湿式电极法 vs 干式电极法）

但问题是：湿润的膏体涂抹起来可以又快又均匀，让干燥的电机材料附着在电极薄膜上就难了，附着力弱，目前市场上常用的粘合剂颗粒太大，导致电机材料分布不均匀。

从特斯拉申请的专利上能看到，特斯拉在电极粘合剂材料上下了不少功夫，比如发明了一种 PTFE 粘合剂，在压力下能从粒子变成纤维把电极材料粘住，但是粘附性的效果不理想；为了达到理想的效果，可能还要提前加一道底漆涂层工艺。原本干式电极是为了简化工艺，反而要增加工艺，这显然有点违背老马的「第一性原理」。

除了材料问题，在生产工艺上问题也不少。为了解决干式电极的问题，在 4680 电池发布前，特斯拉专门收购了一家公司 Maxwell Technologies，为了就是能把它们的干电极制程（DBE）技术用在 4680 电池上。

在双方的合作下，选择了轧辊铣的干涂层工艺，使用两个轧辊轧机制造独立电极薄膜，以节省成本的电极生产。但是，这种工艺力的设定对粘结剂颗粒尺度很敏感，容易出现薄膜破裂、膨胀和边缘变形。

（特斯拉采用的轧辊铣干涂层工艺）

从材料到生产线，全套流程下来的结果是；目前为止生产的 4680 电池上，还没有用上干式电极；在 2019 年被特斯拉收购的 Maxwell Technologies，也在 2021 年被出售了。要知道干式电极工艺是 4680 的降本法宝：能降低 20%制造成本，减少 70%的生产线占地面积。如今这项工艺没投产，4680 的成本优势就被砍掉了一大半。

除了干式电极，早期宣传的硅电极工艺目前也没有用在量产的 4680 上。相比于目前主流的石墨负极，硅基负极的理论容量高，能提升电池的能量密度。不过，根据德国慕尼黑工业大学 Manuel Ank 等人对第一批生产的 4680 电池的拆解：正极采用了 NMC（镍锰钴）作为活性物质，跟目前主流的三元锂电池一致；负极材料则为纯石墨。

这也间接导致，目前德州产的 4680 电池理论能量密度 300Wh/kg，但标称能量密度只有 244Wh/kg；要知道目前上海特斯拉上海超级工厂用的 LG 生产的 2170 电池，标称能量密度 252Wh/kg。

这样来看，4680 最有竞争力的能量密度优势和成本优势就不复存在了。

而就算暂时放弃了干式电极和硅基电极，目前特斯拉得州工厂电池生产线的挑战也并不少。据了解，2024 年初，特斯拉生产 4680 的良品率为 95%，相比之下，早已大规模量产的 2170 电池良品率是 99%。受良品率和生产效率的限制，目前 4680 的产能和成本优化都有限。

供应商们的大圆柱电池，准备好了么？

一直以来，特斯拉有个魔力，就是能带动新技术的趋势：比如智能驾驶中的 BEV、OCC，比如汽车制造中的大型一体压铸技术，4680 大圆柱电池也不例外。

自从特斯拉在 2020 年亮相 4680 电池以来，大圆柱电池也成了行业里的新趋势。比如，在特斯拉 4680 亮相 2 个月后，松下就传出过在特斯拉「强烈要求下」研发 4680 电池的消息；去年在美国堪萨斯州新建的电池工厂中，也被传增加 4680 生产线。

这次特斯拉传出转向供应商采购 4680 电池，跟这个传闻最接近的则是 LG 新能源。预计今年 8 月 LG 新能源就可以在韩国奥昌工厂大规模生产 4680 电池，这样看来 LG 新能源生产的供应商版 4680 很快就能面世了。

除了 LG 和松下，国内电池供应商们也将在未来 1～2 年内迎来自己的大圆柱电池。

比如，宝马在 2025 年亮相的新世代车型上就将采用大圆柱电池（4695），将由宁德时代、亿纬锂能等生产。宁德时代将在中国和德国两座工厂为宝马生产大圆柱电池，每座工厂年产能 20GWh。亿纬锂能之前展示过 4695 电芯，能量型 4695 的电芯能量密度 280Wh/kg，功率型 260Wh/kg。