特斯拉汽車新技術專題研究：4680電芯、CTC技術和一體化壓鑄技術1、

4680電芯：進一步優化能量、續航、功率和成本1.1

實現可持續能源目標，需要更具擴展性的能源解決方案三大方面：在2020年9月22日特斯拉電池日上，馬斯克表示，可持續能源未來將由三個部分組成，分別是：可持續能源生產，儲能和電動汽車。為了加速向可持續能源過渡，需要生產更多價格實惠的電動汽車、儲能以及以更少的投資建設更多的電池工廠。新的計量單位“太瓦時”：特斯拉提出了terawatt“太瓦時”（萬億度）這一新的計量單位，terawatt是gigawatt“吉瓦時”（十億度）的一千倍。特斯拉認為,若實現真正向可持續能源的過渡，需要每年20terawatt的電池產量。按照現在內華達超級工廠每年150

gigawatt的電池產量，需要建設135座超級工廠，顯然這種方案的可拓展性不足。改善電動車成本曲線，生產更多價格實惠的電動汽車，才能進一步實現向可持續能源的過渡。近年來，電池成本曲線的改善趨于平緩，因此若想在改善成本曲線上實現突破，需要重新思考電池的生產和設計方式。五大措施：特斯拉通過電芯設計、電芯工廠、陽極材料、陰極材料、整車整合這五大措施提升電池的性能和質量、車輛的續航里程，從而改善成本曲線。1.2

4680電芯：從第二代2170電芯到第三代4680電芯2020年9月22日，馬斯克在特斯拉電池日上發布了第三代4680電芯，采用了無極耳、新型硅材料、無鈷技術；4680在電池容量、能量、續航里程、功率和成本方面均進行優化提升。命名方式：前兩位代表直徑，46mm；后兩位代表高度，80mm。

亮點：第三代電芯具有更大的成本優勢。2170作為特斯拉的第二代電芯，能量比第一代1865提升了50%；4680相比2170的能量提升5倍、續航里程提升16%、功率提升6倍、在電池組層面每千瓦時成本降低14%。

合作伙伴：目前，特斯拉的合作伙伴有松下、寧德時代和LG，未來可能有更多合作伙伴。4680電芯在安全性方面實現了突破：46mm的電芯直徑，單位表面積的散熱壓力更大，從而影響充電速度和循環使用壽命。特斯拉采用的解決方法是采用無極耳技術。

無極耳技術可提高導電面積，降低內阻，提高電流，更易規模化生產：無極耳技術簡化了電池生產過程中的繞制和涂料流程，提高導電面積，從而降低電芯內阻，提高電流。更低的內阻可以限制電池發熱；更大的電流可以提升充電速度，4680電芯的充電速度可媲美2170電芯。電芯單體體積增大，充分利用電芯空隙：相比方形電池和軟包電池電芯間的緊密連接，4680的圓柱弧形表面，能夠一定程度上限制電池之間的熱傳遞。圓柱電芯即便充分接觸，各電芯之間仍留有較大的間隙，從而減少電芯之間的熱傳遞；并且，特斯拉通過電芯的橫向排布，電芯間插入液冷散熱片等方法，進一步優化溫控效果，從而提升車輛的續航里程。1.3

陽極：采用新型硅材料，成本降低5%，續航提升20%高度加工的硅材料，成本較高，不具可擴性：由于硅本身的特性，在充滿鋰離子時其體積會膨脹四倍，壓力會導致硅粒子絕緣，最終損失電池容量。因此，目前工業使用的硅都是經過高度加工的，例如以氧化硅、碳化硅等形式，并且較為昂貴。新型硅材料，降低電池成本，提升續航里程：特斯拉使用原始的硅作為陽極材料，不對硅本身進行加工，而是通過電極設計和涂層設計入手。并且在此方法下，相同的硅材料可生產的電池數量將大幅提升。在電池組層面，陽極每千瓦時成本降低5%，成本降至1.2$/KWh，車輛的續航里程增加20%。硅材料處理過程：使用彈性離子導電聚合物涂層穩定表面。該涂層通過一種非常可擴展化的方法應用于表面，沒有化學氣相沉積，然后通過由高彈性粘合劑形成的堅固網絡將其集成到電極中。1.4

陰極：無鈷化“高鎳陰極”無鈷化“高鎳陰極”：陰極可采用鐵、鈷、鎳等材料，不同的材料的區別在于：結構的穩定性、可以容納的鋰離子數量。鈷的結構最為穩定但是成本較高，鎳可以更好的兼具成本和能量密度。特斯拉采用無鈷化的“高鎳陰極”，每千瓦時成本降低15%。1.5

4680電芯的挑戰：電芯的一致性問題是提升電池容量帶來的挑戰之一。4680電芯相比2170直徑增大兩倍以上，容積是2170電芯的5倍，這導致在電芯的生產過程中可能出現電芯容量、電芯內阻的不一致性問題。1.6

4680電芯：產業現狀及影響4680電芯有可能以標準化產品的形式推進應用。第一代圓柱電芯18650是個標準品，第三代圓柱電芯4680的容量更大，其可用性在很多領域都可以推進，有可能成為標準化產品，目前國外的松下、LG、SDI和SK以及國內億緯鋰能、比克電池等都在4680電芯方面有所布局。2、

CTC技術：電池既是能源設備，也是結構本身2.1

物理層面的架構創新在2020年9月的電池日上，特斯拉除了發布了4680電芯外，還發布了全新的整包封裝技術

CTC（CelltoChassis），即取消Pack設計，直接將電芯或模組安裝在車身上。

電池既是能源設備，也是結構本身。應用CTC技術后的新架構是物理層面的創新，將電池組作為車身結構的一部分，連接前后兩個車身大型鑄件，取消原有座艙底板，取代以電池上蓋，座椅直接安裝在電池上蓋上。CTC技術也并非僅適用4680電芯，同樣適用其2170電芯，預計未來還會兼容其它尺寸電芯。2.2

進一步優化成本曲線CTC技術有助于將車輛的結構平臺進一步單元化，從而進一步降低制造成本。馬斯克曾表示，采用了CTC技術后，配合一體化壓鑄技術，可以節省370個零部件，為車身減重10%，將每千瓦時的電池成本降低7%。2.3

國內企業的布局情況寧德時代計劃在2025年實現集成化CTC，2030年實現智能化CTC。根據寧德時代董事長曾毓群介紹，寧德時代的集成化CTC技術不僅會重新布置電池，還會納入包括電機、電控、DC/DC、OBC等動力部件；智能化CTC技術將進一步通過智能化動力域控制器優化動力分配和降低能耗。我們認為，CTC方案是未來電動汽車電池成組技術的重要發展方向。隨著電動汽車對于便捷性、輕量化的要求提升，CTC將逐漸成為技術研發和應用的重要方向。3、

一體化壓鑄技術：減輕重量、減少部件、降低成本3.1

一體化壓鑄的優勢：減少部件、減輕重量、降低成本2020年9月的電池日上，特斯拉宣布ModelY將采用一體式壓鑄后地板總成，將原來通過零部件沖壓、焊接的總成一次壓鑄成型，相比原來可減少79個部件，制造成本因此下降40%。并且，特斯拉宣布下一步計劃將應用2-3個大型壓鑄件替換由370個零件組成的整個下車體總成，重量將進一步降低10%，對應續航里程可增加14%。3.2

一體化壓鑄的壁壘：GigaPress壓鑄機和鋁合金配方特斯拉的一體化壓鑄機GigaPress，由特斯拉和壓鑄機廠商IDRAGroup聯合定制，深度參與了軟硬件的設計制造，其大小與房子相當，長19.5米、高5.3米，重達410噸。除了壓鑄機定制設計與開發的技術壁壘之外，如果沒有大批量生產帶來的規模效益，車企很難分攤壓鑄工藝使用的昂貴的壓鑄機和壓鑄模具的綜合成本。GigaPress所使用的鋁合金材料是特斯拉為改進生產工藝的獨家配方，是一種不需要涂層和熱處理的高強度合金。由前蘋果合金專家查爾斯·柯伊曼主導研發，柯伊曼2016年加入特斯拉，同時領導特斯拉和SpaceX的材料工程團隊。3.3

一體化壓鑄的未來：白車身一次壓鑄成型特斯拉未來可能實現白車身一次壓鑄成型，從而完全取消組裝生產線。2019年7月特斯拉發布名為“汽車車架的多面一體成型鑄造機和相關鑄造方法”的專利，根據專利信息，該壓鑄機包括一個具有車身蓋件模具的中心部分，以及多個可相對蓋件模具平移的凸壓模具部分，多個凸壓模具可在中心區匯合后，負責不同部件的壓鑄，最終完成完整或部分的一體式車架鑄造。雖然目前該專利方案并未得到商業化，但我們認為這代表了特斯拉一體化壓鑄的未來趨勢。若能完成整體車身由單一壓鑄機一體成型，則有望完全取消原有的組裝生產線，并很大程度地降低車身制造成本（包括但不限于工廠運營成本、工具成本、時間成本、人工及其他設備成本）。目前國內HYPERLINK"/S