特斯拉4680电池再次引起轰动！将在中国电车圈引发怎样的“蝴蝶效应”？

本文系基于公开资料撰写，仅作为信息交流之用，不构成任何投资建议。

编者按：本分析报告是我们去年9月24日发布的一篇旧文。系对特斯拉首次公布的4680电池技术路径的抢先解读。一年多后的今天，根据媒体报道，由松下作为首发电池厂的4680电池最早或能于明年年底面世。受消息影响，昨日A股4680电池板块全线拉升。

4680电池将对当前全球动力电池格局造成怎样影响，值得持续关注。我们也将于近期更新关于4680的最新研究内容，敬请关注。特别指出，分析内容仅系一家之言，同时作为旧文存在时差效应，不构成任何投资建议。

01

动力电池的一大步

埃隆·马斯克在2020年9月23日特斯拉电池日上的表现，让公众意识到了他的凡人一面。尽管这一天已经推迟5个月，但他仍未向世界带来一款可以规模性量产的动力电池黑科技。

所谓“期望越高、失望越大”莫过于此。

但站在产业角度审视特斯拉此番曝光的电池技术，其中的玄机，其实可以称得上推动全球动力电池技术向前跨出了一大步。

具体而言，特斯拉这款半量产、半概念的“4680无极耳电池”，承载了两项重大技术创新：

1．通过物理异构，为电芯创设了新标准。

2．通过电化异构，为电池创设了新标准。

【1】 无极耳：卷绕式电芯新标准。

当前动力电池的电芯制备工艺，存在叠片式和卷绕式两种路径分野。

其中叠片式电芯，因多极耳构造，拥有低内阻优势，使得散热、倍率性（不同电流下的放电性能）、衰减性等性能表现更优，正逐渐成为主机厂新宠。

尽管卷绕式电芯相对弱点明显，但长板也很显著：生产工艺简便、自动化程度高、良品率高以及质量一致性强。而这，也是特斯拉这家极其强调自动化的产业龙头，从1至100，始终对这种工艺存在接近路径依赖般执念的原因。

图1：电池极耳。来源：网络

叠片式电芯虽好，但鉴于规模性交付的刚性需求，马斯克还是选择了在原路径上突围（至少截至目前），力图通过“葵花宝典＋吸星大法”两大技术创新绝学，稳住武林霸主的基本盘。

所谓葵花宝典，指的就是无凸耳技术——既然耳朵数量比不过叠片电芯，不如割去。这一反常规工艺的原理在于：

此前的卷绕式电芯，电流必须要通过内部极耳直至凸耳部分，到达电池单元外部的连接器。但是，这一过程中，电阻会随着距离的增加而增加，继而导致发热量（安全性）非线性激增，直接影响电池寿命并决定了电池容量有限。

图2：电芯两侧凸出部分为凸耳。来源：特斯拉

为了克服这个问题，特斯拉通过物理异构方式，将传统构造的极耳摒弃（包括割掉凸耳），通过导电涂层（或电极膜）使电芯直流体与电芯盖板和外壳直接连接——

即，辅以激光塑型与电化技术，用一种桌面涂层（膜）式电极工艺取代原旋转阶梯金属式电极工艺（相当于放大电极面积），可以实现减少5－20倍（理论上）电阻效果，进而较大程度上解决高能量密度电池（这里可以特指三元锂电池）散热问题与电池容量扩增问题。

通过这一专利技术，马斯克号称：随着电芯尺寸增加至4680，“4680无极耳电池”实现了5倍的电能提升，续航增加16％，提高到6倍功率。

图3：马斯克在电池日上展示无极耳电池参数。来源：特斯拉

【2】 干电极：动力电池新标准。

无极耳电芯技术路径的实现，底层逻辑支撑是干电极技术。

特斯拉这项技术的由来，源自2018年2月对超级电容制造商Maxwell的收购。特斯拉付出2．18亿元美元的对价，锚定的正是Maxwell公司处于持续研发状态中的干电极技术。

所谓干电极技术，是一种正／负极材料压制技术，具体是将少量细粉状粘合剂（PTFE）与正极或负极材料混合，通过薄膜沉积技术形成电极材料带，随后再压延在金属箔集流体上形成成品电极——最终表现为覆盖电极膜的基板。

在无极耳电芯中，特斯拉恰是用电极膜基板（部分）取代了极耳的作用，使得凸耳最终就像人的阑尾一样，被一刀割去。

基于干电极技术的电极膜基板，可被视为“吸星大法”神功，它对于卷绕式电芯的贡献在于，基本将叠片式电芯的所有优点一并吸收而来，并实现了超越。

图4：Maxwell公司一项干电极相关发明专利申请。来源：USPTO

干电极工艺说起来工序简单，但其间涉及最前沿的基础材料学课题。迄今，即使是被公认技术领先的Maxwell公司，也未完全参透这门学问——这也是为何马斯克不得不放低姿态，表示“4680无极耳电池”距离规模性量产还有3年时间的本质原因。

以当前全球电动车产业发展态势为参照，干电极技术可被称得上是动力电池科技树的最顶端成果之一，该技术的完全突破，也将意味着下一代动力电池——固态电池的正式落地。

作为一项绝对前沿的商业技术秘密，特斯拉自然不会对外完全透明其干电极技术的核心要义。但通过相关专利，我们尚可一览其相关活性材料的筛选范围：

◆阳极活性材料：硅材料（例如金属硅和二氧化硅），石墨材料，石墨，含石墨烯的材料，硬碳，软碳，碳纳米管，多孔碳，导电碳等。

◇阴极活性材料：锂镍锰酸钴（NMC），锰酸锂（LMO），磷酸锂铁（LFP），钴酸锂（LCO），钛酸锂（LTO），镍钴铝酸锂（NCA），层状过渡金属氧化物（如LiCoO2 （LCO）， Li（NiMnCo）O2 （NMC） 和／或 LiNi0．8Co0．15Al0．05O2 （NCA）），尖晶石锰氧化物（如LiMn2O4 （LMO） 和／或 LiMn1．5Ni0．5O4 （LMNO）），橄榄石（如LiFePO4 ），硫属元素化物（LiTiS 2 ），铁氧体（LiFeSO4 F），硅，氧化硅（SiOx），铝，锡，氧化锡（SnOx），氧化锰（MnOx），氧化钼（MoO2），二硫化钼（MoS2 ），氧化镍（NiOx），氧化铜（CuOx）和硫化锂（Li2S），或其组合。

◆绝缘材料：陶瓷，陶瓷粉末，聚乙烯，聚丙烯，氧化铝（如Al2O3）或其组合。

◇电芯底壁：镍及高镍合金。

图5：马斯克在电池日上展示不同活性材料制备电池的成本。来源：特斯拉

凡是能在专利中展示的内容都算不上商业秘密，故而以上名词仅供参考。另外，材料间的组合与配比亦更加关键。

以上，尽管“4680无极耳电池”还不成熟，但以它涉及的核心技术判断，特斯拉正在试图解锁下一代动力电池技术。也许在外界看来特斯拉电池日不够刺激，但以产业视角来看，它的确用实打实的产品，推动动力电池技术向前迈出了一大步，说“特斯拉立功了”并不为过。

02

中国电车圈的“蝴蝶效应”

特斯拉“4680无极耳电池”之所以不够轰动，另一个主要原因是中国两家电池厂商宁德时代（SZ：300750）与比亚迪（SZ：002594），早其一年或半年推出了CTP电池及刀片电池（详见《宁德时代与比亚迪的战争》）。

仅就四大核心参数——成本、续航、安全与寿命来比较，后发而至的“4680无极耳电池”几乎没有优势。

但我们必须要注意其中的几重重要逻辑：

一、 无论CTP电池、刀片电池还是“4680无极耳电池”，正在将“安全”与“成本”作为当前阶段动力电池全球竞争的核心关键词，“续航”的权重已经滑落至第三顺位。

二、 三种不同的电池，都展示出突破电池模组束缚、融入车体模组的趋势（电池即车身）。

三、 高能量密度电池技术的竞争逐渐进入深水区，如果说2020年是动力电池物理异构竞争大年，未来3－5年很可能将进入电化异构竞争大年。

在锦缎研究员看来，这些微妙的变化，正在中国电车圈引发“蝴蝶效应”。此处仅以头部或知名品牌从业者为例：

◆比亚迪：未来18个月，可能是比亚迪电池及电车板块一段金色时期。

在领先电池技术的引导下，安全与成本正在成为主机厂间竞争的着力点。比亚迪此间的优势恰在早年间对于三电系统自主研发铺陈，使得其在当下有了垂直一体化能力，这使其拥有得天独厚的成本竞争优势。

此外，刀片电池选择的是磷酸铁锂路径，在安全性上存在相对优势。

但丰沛的雨季总不会长久，以目前公开的信息及专利数据判断，比亚迪在下一代电池技术——即电化异构制高点争夺战上，并不乐观。

图6：比亚迪刀片电池。来源：比亚迪

◆宁德时代：短期存在对主机厂技术路径适配困扰，中长期看可能是最有望在新一代电池技术取得突破的中国公司之一。

“4680无极耳电池”的推出，实际上惊出了宁德时代一身冷汗。作为重要的大客户，其是否选择或者有能力在短期内适配特斯拉“4680无极耳电池”技术路径，是一件很纠结的事情。因为这将涉及巨大的设备资本支出，以及面临技术工艺的不确定性——不能指望特斯拉向其共享干电极技术。

（注：宁德入股先导其实是值得玩味的，后者作为全球卷绕机一哥，实质也是类4680产品线的核心设备商之一）

作为全球动力电池技术领跑者之一，宁德时代在干电极、固态电池技术路线上始终持有积极态度。但具体进展详情外界并不清晰。

图7：宁德时代CTP电池示意图。来源：网络