图说4680电芯：马斯克都在琢磨些什么？

在前不久的特斯拉电池日上，马斯克展示了未来可能会用在大型车辆上的4680电芯。由于马斯克刻意在发布会上虚虚实实，不少人似乎对4680电芯产生了奇奇怪怪的印象。作为特斯拉涉猎能源制造商的第一步，4680电芯究竟暗含着马斯克怎样的盘算？数据应该不会说谎，作为初步了解，我们先一起来看看工程分析公司Keith Ritter从热学角度带来的见解吧。

排布有讲究

在早期的模拟中，Keith Ritter的大致出发点和我们当初的脑洞很像：电芯本体直径增大，那么它们在排布时彼此之间的缝隙也会随之增大，有利于布设围绕电芯侧面前进的散热管路：

另一种设计则更加激进。特斯拉不是说要搞“电池承力”么？那就借这种脑洞，把散热能力更好的铜质阳极板在电池组两面都铺上吧：

反正阳极板同样需要平面结构固定，而这些结构（见下图细长方块部分）因为加强，肯定够用：

需要指出的是，根据后面的测算，第二种设计的空间效率和能量密度都更高。所以，如果没有特殊说明，后面的解说都以第二种结构作为基础。

同等容量更省空间

以Model 3上的76kWh电池包（虽然Model 3应该用不到4680电芯，但毕竟它有实物，比较好做对比）为例，通过Keith Ritter的优化，我们可以发现，用上4680电芯后，整个电池包的储能部分体积大概可以缩小大约两成：

按照前面设计电芯排布时的设想，我们大概可以推测，图中紫红色的方框大概是在表示一块阳极铜板的边界。显然，储能部分若能变小，对“电池承力”这一理念是有正面影响的：在续航一定的情况下，特斯拉可以将多出的空间用于加强车体结构，结合更靠中心的重量分布，未来车型的操控表现应该会有所优化。

再就是，4680电芯的输出上限也比2170电芯略强，特斯拉可以在此基础上打造更快、更有乐趣的车子。

充电更省事

由于本体外径更大、内阻相对小点儿，4680电芯对于大电流的抵抗力自然强于现有的2170电芯。这是它进一步加强特斯拉车型充放电性能的先天优势。再结合前文所提的设计，使用4680电芯的电池包在充电效率上能够累积更大优势。闲话少说，我们直接看结果（初始温度：85℉，约29.4℃）：

图：两种电池的充电功率-时间曲线（Keith Ritter）

图：两种电池的充电功率-SOC（电池可用容量比）曲线（Keith Ritter）

可见，在电池充电需求（充电时间有限，或充入电量一定）相同时，使用4680电芯的那个总能提供更高的充电功率。对于急于赶路的使用者而言，它无疑是更好的选择。

安全隐患更低

这点其实与充电功率上限高一定程度上是互通的。相比2170电芯，4680电芯的高度并未改变，仅仅是底面积增大而已。配合前文所提到的电极散热铜板，不难想象，仅仅是同样通过底面散热，4680电芯内部在单位时间内能被带走的热量也更多。因此，在同等充电功率下，4680电芯的产热量明显低于2170电芯：

翻译成人话，那就是因充电而引发的自燃几率也会降低。同理，车辆在高负载时因过热的自燃应该也会减少。这应该是所有特斯拉车主都想看到的。

总而言之，从Keith Ritter对4680电芯的一系列测算来看，特斯拉似乎已经对电池的容量大战/能量密度大战感到厌倦，并有意从硬件层面开始舒缓用户对充放电和电池安全的忧虑。作为起步最早、技术积累相对最充足的现代电动汽车制造商，特斯拉这样的决定不仅显得更接地气，客观上还能促进技术的进步，两头都赢的事为啥不干呢？