电芯分类及结构图：

一、型号概述

经典解析①：什么是4680？

• “4680”这个数字组合直接描述了电池的物理尺寸。其中，“46”代表电池的直径为46毫米，“80”则代表电池的高度为80毫米。

• 4680电池是特斯拉生产的一种新型电池，旨在显著增加续航里程、降低生产成本，并在耗电量大的未来产品上使用。该电池采用激光雕刻的无极耳技术，相较于传统的极耳设计，热量损失更低，能量密度和功率输出更高。

• 相比2170电池组，4680电池组的能量密度提升了5倍，功率输出提升了6倍，续航里程提升了16%，且每千瓦时的成本下降了14%。

• 4680电池主要应用于特斯拉的电动汽车中，如Model Y等车型。此外，特斯拉还计划在未来的赛博皮卡和半货运卡车等耗电量大的产品上使用这种电池。

经典解析②：什么是18650？

• “18650”这个数字组合同样描述了电池的物理尺寸。其中，“18”代表电池的直径为18毫米，“65”代表电池的长度为65毫米，“0”则表示该电池为圆柱形。

• 18650电池是最早、最成熟、最稳定的锂离子电池之一，具有一致性好、便于替换和安全性高等优点。

• 根据不同的材料和设计，18650电池可分为锂离子电池和磷酸铁锂电池两种。其中，锂离子电池的标称电压为3.7V，充电截止电压为4.2V，容量范围在1200~3350mAh之间；而磷酸铁锂电池的标称电压为3.2V，充电截止电压为3.6V，容量则在2200~2600mAh之间。

• 18650电池广泛应用于各种电子产品中，如笔记本电脑的电池电芯、强光手电、充电宝等。此外，它还可用于电子烟、玩具、安防和车载等电子领域。

二、工艺流程图

• 常规圆柱电芯工艺流程图

• 4680圆柱电芯工艺流程图

三、4680电芯工艺介绍

• 干电极制备

干电极制备工艺是一种不使用溶剂的电极制备方法。它通过将活性电极材料颗粒与粘结剂（如四氟乙烯PTFE）混合，使其纤维化，然后直接将粉末擀压成薄膜，最后热压到极片上。这一工艺省略了传统湿法工艺中的辊压、干燥、溶剂回收等工序，从而大幅简化生产流程，提升生产效率，并节省成本。

1. 材料混合：与传统电极制备方法不同，4680电池不再使用NMP、H2O、CMC、SBR、PVDF等溶剂和粘结剂。而是将正负极材料粉末和PTFE粘结剂混合，通过高速搅拌使其纤维化。这一步骤中，正负极材料的配比和纤维化程度对后续工艺和电池性能至关重要。

2. 电极材料带形成：将混合后的材料通过挤压机形成薄的电极材料带。这一步骤要求设备具有高精度和稳定性，以确保电极材料带的均匀性和质量。

3. 热压到极片：将电极材料带直接热压到铜铝箔集流体上，形成成品电极。这一步骤中，热压的温度、压力和时间等参数需要严格控制，以确保电极与集流体的良好结合和电极的性能。

4. 提升能量密度：为提升能量密度，除采用高镍、硅基材料以外，正极还会添加补锂剂，例如常用的Li2NiO2（LNO）和Li5FeO4（LFO），以提高电池容量。

• 干电极优势：

干电极工艺制备的电极具有更高的活性物质负载量和更好的机械强度，从而提升电池的能量密度和循环寿命。且干电极工艺省略了溶剂的使用和回收处理，有利于环保和节能。另一方面干电极工艺可以大幅降低生产成本和产线投资成本，同时减少极片生产占地。

• 干电极劣势：

目前正极干法工艺难度大：正极材料在纤维化完成后呈黏性絮状并相互交联，自支撑膜制作难度较高。另一方面，干电极工艺对材料和设备的要求较高，需要高精度和稳定性的设备和优质的电极材料。特斯拉4680电芯的干电极制备工艺已经实现了负极干法电极的量产，并在不断推动正极干法技术的研发。未来随着技术的不断进步和成本的进一步降低，干电极工艺有望在更广泛的领域得到应用和推广。

• 极片分切制备

4680电芯采用无极耳（或称全极耳）设计，这种设计将整个集流体都变成极耳，从而提高了电池的电流传导能力和能量密度。为了实现这一设计，需要对干电极进行精确的极片分切。极片分切的目的是将干电极切割成符合要求的极片形状和尺寸，同时确保极耳的分布均匀和连接可靠。

1. 材料准备：首先，将经过干电极制备工艺得到的干电极材料准备好，确保其质量和性能符合要求。

2. 分切设备调整：根据极片的尺寸和形状要求，调整分切设备的参数，如切割速度、切割深度、切割角度等。

3. 激光模切：采用激光模切技术对干电极进行分切。在分切过程中，激光束按照预设的图案和路径对干电极进行切割，形成极片。由于4680电芯采用全极耳设计，需要在极片分切过程中对极片一侧集流体光箔进行激光模切，以形成全极耳结构。

4. 质量检查：对分切后的极片进行质量检查，包括尺寸精度、形状一致性、极耳分布均匀性等。确保极片符合设计要求，以保证后续工艺的稳定性和电池的性能

• 全极耳优势：

电子流过路径减少，内阻降低；产热方面，电阻减小发热减少（全极耳发热仅为单极耳的1/5左右）；散热方面，沿径向形成强导热路径，可快速散热

• 全极耳劣势：

由于全极耳设计，极耳在分切时需要斜切成片并叠起，使得表面起伏度较大，易造成极耳因接触程度不一致而导致内阻一致性差；激光模切设备需要高精度和稳定性的控制系统，以确保切割质量和生产效率。

• 电芯卷绕工艺

卷绕工艺是通过控制极片的速度、张力、尺寸、偏差等因素，将分条后尺寸相匹配的正极极片、负极极片及隔膜、终止胶带等卷成极芯的一种极芯生产工艺。圆柱和方形锂离子电池主要采用卷绕工艺生产，因为卷绕工艺可以通过旋转实现极芯的高速生产，在极芯生产速率方面具有明显优势。

1. 材料准备：正极极片、负极极片和隔膜等关键材料需要经过严格的筛选和预处理，以确保其质量和性能符合要求。特斯拉4680电芯采用的全极耳设计，使得极片在卷绕前需要进行特殊的处理，以确保极耳的分布均匀和连接可靠。

2. 卷绕设备：特斯拉采用先进的卷绕设备，这些设备具有高精度和稳定性的控制系统，能够实现对极片速度、张力、尺寸和偏差的精确控制。卷绕设备还需要具备高效的纠偏能力和卷绕效率，以确保极芯的质量和生产效率。

3. 卷绕过程：在卷绕过程中，正极极片、隔膜、负极极片和隔膜依次放入卷绕机内，并按照预定的顺序和参数进行卷绕。卷绕过程中需要保持适当的张力和速度，以确保极芯的紧密度和均匀性。同时，还需要对卷绕后的极芯进行质量检查，包括尺寸精度、形状一致性、极耳分布均匀性等，以确保其符合设计要求。

4. 全极耳结构的实现：特斯拉4680电芯采用的全极耳设计，使得整个集流体都变成极耳，从而提高了电池的电流传导能力和能量密度。在卷绕过程中，需要确保极耳的分布均匀和连接可靠，以避免出现内阻不一致和电池性能下降的问题。

5. 卷绕工艺对电池性能的影响：

  • 能量密度：通过精确的卷绕工艺，可以确保极芯的紧密度和均匀性，从而提高电池的能量密度。

  • 内阻：卷绕过程中极耳的分布和连接情况直接影响电池的内阻。如果极耳分布不均匀或连接不可靠，会导致电池内阻增大，从而影响电池的性能和安全性。

  • 安全性：精确的卷绕工艺可以确保极芯的质量和稳定性，从而提高电池的安全性。如果卷绕过程中出现质量问题，如极片断裂、隔膜破损等，都可能导致电池短路或热失控等安全问题。

• 电芯组装工艺

1. 材料准备：确保正极集流盘、负极集流盘、正极柱、壳体、绝缘密封件、电解液等关键材料的质量和性能符合设计要求。准备好经过卷绕工艺制成的电芯，确保电芯的紧密度、均匀性和极耳分布符合标准。

2. 设备准备：组装线需要配备高精度的焊接设备、注液设备、封口设备和检测设备。确保设备的稳定性和可靠性，避免在组装过程中出现质量问题。

3. 焊接正极集流盘：将正极集流盘直接焊接到正极柱上，确保焊接牢固、无虚焊和漏焊。正极柱需要卡在壳体槽底的开口上，并设置绝缘密封件以防止电解液泄漏。

4. 电芯与集流盘连接：卷芯为全极耳结构，两端面分别和正、负极集流盘连接。通过激光焊接等方式，确保电芯与集流盘的连接可靠、导电性能良好。

5. 负极侧盖板连接：负极侧盖板需要与壳体的槽口（卷芯入壳后滚槽）连接。盖板上刻蚀有防爆线，以提高电池的安全性。

• 电芯注液工艺

1. 准备工作：在注液前，需要对电芯进行真空烘烤处理，以去除电芯内部的水分和杂质，确保注液过程的顺利进行。准备好适量的电解液，并检查电解液的成分、浓度和纯度等参数是否符合设计要求。

2. 注液操作：将经过真空烘烤的电芯放置在注液设备上，确保电芯的注液口与注液设备的注液针头对准。启动注液设备，将电解液缓慢注入电芯内部。注液过程中需要控制注液速度和注液量，避免电解液溅出或注入过多。注液完成后，需要等待一段时间，让电解液充分浸润电芯内部的材料。

3. 注液后的处理：注液后，需要对电芯进行搁置活化处理，使电解液与电芯内部的材料充分反应，形成稳定的电化学体系。在搁置活化过程中，需要控制温度和时间等参数，以确保电芯的性能达到最佳状态。

• 电芯封口工艺

1. 预封口操作：在注液完成后，需要对电芯进行预封口处理。预封口的目的是防止电解液泄漏和空气进入电芯内部。预封口可以采用墩封等方式进行，将电芯的注液口暂时封闭起来。

2. 正式封口操作：在预封口后，需要对电芯进行正式封口处理。正式封口的目的是确保电芯的密封性良好，防止电解液泄漏和空气进入电芯内部。正式封口可以采用穿透焊等方式进行。穿透焊是一种高效、可靠的封口方式，可以将电芯的注液口与盖板牢固地焊接在一起。在穿透焊过程中，需要控制焊接温度、焊接时间和焊接压力等参数，以确保焊接质量良好。

3. 封口后的处理： 封口后，需要对电芯进行清洗和套膜处理。清洗可以去除电芯表面的污渍和杂质，提高电芯的外观质量。套膜可以保护电芯免受外界环境的侵蚀和损害。在清洗和套膜过程中，需要控制清洗液和套膜材料的成分、浓度和纯度等参数，以确保电芯的性能和安全性不受影响。

• 电芯开口化成工艺

化成工艺是指将电芯在特定的条件下进行充放电循环，以激活电芯内部的活性物质，使其形成稳定的电化学体系。这一过程对于提高电芯的性能、延长电池的使用寿命具有重要意义

1. 搁置活化：在注液完成后，电芯需要经过一段时间的搁置活化。这一步骤的目的是让电解液充分浸润电芯内部的材料，并初步形成电化学体系。

2. 开口化成：搁置活化后，电芯被送入化成柜进行开口化成。开口化成是指电芯在充放电过程中，其注液口保持开放状态，以便及时排出电芯内部产生的气体。在开口化成过程中，电芯会经历多次充放电循环。这些循环的目的是进一步激活电芯内部的活性物质，并使其形成更加稳定的电化学体系。开口化成过程中，需要严格控制充放电的电流、电压和时间等参数，以确保电芯的性能和安全性。

3. 排气与封口：在开口化成完成后，电芯内部会产生大量的气体。这些气体需要及时排出，以避免对电芯的性能和安全性产生不良影响。排气过程通常通过激光焊接等方式进行，将电芯的注液口封闭起来，同时排出电芯内部的气体。封口后，电芯的化成工艺就完成了。此时，电芯已经形成了稳定的电化学体系，并具备了良好的性能和安全性。

• 电芯分选PACK

1. 电芯检测与筛选：

  • 电芯测试：在PACK分选工艺开始之前，需要对采购的电芯进行严格测试。这些测试包括容量测试、内阻测试、电压测试以及温度特性测试等，以确保电芯的性能符合设计要求。

  • 筛选与分类：根据测试结果，对电芯进行筛选和分类。将性能相近的电芯归为一组，以便后续进行PACK组装。这一步骤对于确保电池组的一致性和性能至关重要。

2. 电芯分选配组：

  • 容量配组：由于容量差无法在自动分选机上直接筛选，因此需要通过分容老化柜进行分容配组。这一步骤的目的是确保电芯的容量一致性，从而提高电池组的整体性能。

  • 电压与内阻匹配：除了容量外，电压和内阻也是电芯分选的重要参数。需要确保同一组电芯的电压和内阻差异在可控范围内，以避免电池组在充放电过程中出现过大的不均衡现象。

3. 电芯组装与固定：

  • 电芯装配夹具：将分选好的电芯按照设计要求装入夹具中。这一步骤需要严格按照PE工程师制定的SOP（标准作业程序）进行，以确保电芯的正负极顺序正确，避免短路等问题的发生。

  • 电芯固定：通过夹具或托盘将电芯固定在一起，确保电芯之间的连接紧密、稳定。同时，需要采用合理的绝缘措施，如使用绝缘垫片、绝缘胶带等，以防止电芯之间发生短路。

4. BMS集成与调试：

  • BMS组装：将电池管理系统（BMS）集成到电池单体上。BMS负责监控和控制电池的电压、温度、电流等参数，确保电池组的安全性和性能。

  • BMS调试：对BMS进行参数设置和调试。根据储能电池组的规格和应用需求，设置合理的充放电保护阈值、均衡参数、通信协议等。通过模拟充放电过程，对BMS的功能进行测试和验证，确保其能够正常工作。