电池研讨高度依靠当时电动汽车电芯特性的最新数据，新式电芯形状与结构的运用进一步凸显了揭露电芯表征数据的必要性。本研讨通过电芯级电学表征、热功能测验，以及对单颗电芯的资料级

  电芯拆解提醒其杂乱结构：六边形对称电极集流盘、由双面均匀涂覆正负极、两层隔阂构成的无卷芯卷绕结构；并可揣度选用无溶剂负极制备与涂布工艺。

  能谱剖析（EDX）、微分电压剖析（DVA）、增量容量剖析（ICA）及三电极测验一起证明：

  混合脉冲功率特性（HPPC）与电化学阻抗谱（EIS）提醒内阻与阻抗随荷电状况（SOC）的典型依靠联系。

  自 1991 年索尼完成锂离子电池商业化以来，该技能获得长足进步。凭仗高单位体积内的包括的能量、稳定性与功率，2022 年全球电动汽车保有量超 2600 万辆，同比增加 60%。

  锂离子电池技能道路多样，包括不同化学系统、形状与集成计划，从常见 18650 圆柱电芯（约 3 Ah）到容量超 100 Ah 的大尺度软包 / 方形电芯。不同计划在循环寿数、热特性、质量 / 体积单位体积内的包括的能量及安全性方面各有好坏。

  4680电芯标准（直径 46 mm，高度 80 mm）于 2020 年特斯拉电池日发布，用于 Model Y 车型。比较常用 18650/21700 圆柱电芯，更大尺度 + 无极耳规划有望带来更高能量与功率才能，体积较 21700 提高 5.5 倍。

  大圆柱电芯有望下降 Pack 拼装本钱：到达相同 Pack 功能所需单体数量更少，拼装与串并联更简略。除特斯拉外，宝马也宣告新一代电动渠道 “Neue Klasse” 将选用直径 46 mm 圆柱电芯（两种高度版别）。

  电芯厂商一般仅发表有限参数，不揭露高度杂乱、耦合的制作工艺。电芯化学系统与规划随厂商、整车厂及需求而异，构成专属制作链条。

  学术研讨多在实验室或中试线展开，运用小尺度、简化结构、手艺 / 半手艺工艺，研讨级电芯与量产车用电芯差异明显，仅能作为有限参阅。

  大尺度电芯趋势与量产数据匮乏，推进学术界深入研讨大圆柱电芯特性。新式尺度与无极耳结构一起决议实践体现，本研讨为了解这些特性供给根底。

  到现在，仅有 Baazouzi 等对线 电芯展开学术研讨，比照 18650/20700/21700/4680 发现：特斯拉 4680 并非彻底无极耳，仅卷芯无极耳，约 25% 正极、30% 负极无缺口，导致电热传输途径较长。

  本研讨办法连续 Günter、Stock 等人对软包、方形电芯的拆解表征系统。

  一切测验电芯均来自2022 款特斯拉 Model Y，为第一代 4680 电芯。

  到货查看：4 颗顶部有凹痕，为拆解车辆时受力导致。剩余结构胶用丙酮去除。

  （包括：手套箱、氩气环境、铣削主轴、冷却电扇、切开东西、样品容器、记载相机）

  (a)-(d) 电芯外观与开盖；(e) 开槽折叠负极极耳；(f) 负极集流盘；(g) 开槽折叠正极极耳；(h) 正极集流盘；(i) 拆解后的卷芯；(j)-(o) 内部结构与尺度丈量

  拆解后丈量电芯与组件尺度，剥离正负极集流盘并测绘；解开卷芯，别离正负极与隔阂，用千分尺测厚度、卡尺测长宽；用 14mm（正极）/15mm（负极）冲孔取样，高精度称重测面密度；用异丙醇去除涂层，丈量集流体厚度；核算活性物质密度。选用SEM 扫描电镜与EDS 能谱剖析描摹与元素组成。

  以金丝为参比电极构建三电极系统，拼装 1/2 英寸 T 型扣式电池。正负极用丙酮 / 异丙醇脱膜，负极因干法涂层需强化处理；用碳酸二乙酯（DEC）清洗 24h 脱锂，去除部分 SEI 膜。

  线h 除水，在手套箱内拼装，电解液选用 60μL LP572（巴斯夫）。参比电极金丝经小电流预锂化，静置 2h 充沛滋润；以 C/10 活化 3 圈，C/50 测伪开路电压（pOCV），50% SOC 下测 EIS（100kHz~100mHz）。

  选取 536/828 电芯，在 25℃环境下1C/2C 恒流充电至 4.2V，静置 30min 调查降温，再以 C/3 放电至 2.5V。用红外热像仪记载顶盖、中心、底部温度，外表贴高发射率胶带消除金属反射搅扰，并用 PT100 校核中心温度。

  图 4 电学表征测验设备示意图（四线制丈量、电芯夹具、电池测验仪、环境箱、安全热电偶）

  (a) 红外相机视角；(b) 测验设备布局（热像仪、PT100、四线制夹具、贴发射率胶带的电芯）

  电极卷绕结构：双面涂布正极 + 双面涂布负极 + 两层隔阂。负极总长 3403mm，比正长长 136mm，彻底包裹正极；隔阂更长，彻底包裹电极组。

  图 9 正负极沿长度方向特性(a) 厚度；(b) 面密度；(c) 压实密度

  本研讨全面表征第一代特斯拉 4680 圆柱电芯，包括电芯级电热测验与资料级拆解剖析，中心定论如下。

  六角对称集流盘、无卷针卷绕、加厚壳体（结构承载）、盘式无极耳衔接；正负极双面涂布，两层隔阂。

  第一代 4680 为统筹结构承载的保存规划，能量密度未达最优，优先保证可靠性、功率与量产性。本研讨为车用大圆柱电芯的规划、仿真与工艺优化供给开源实测根底。