特斯拉电池设计解析：从21700到4680 本文解析了特斯拉电池设计。

本文解析了特斯拉电池设计。首先，根据网络资料解析了特斯拉Model3所采用的21700电池设计参数，然后利用这些已知参数确定圆柱电池设计模型参数并对设计模型进行验证，制作了电池设计表。最后，采用电池设计表来分析电池尺寸对性能的影响，并尝试设计4680电池。主要内容包括：
一、21700电池设计解析
1、总体概述
2、电池关键材料化学体系
3、正极极片设计
4、负极极片设计
5、电池结构设计
6、电池总体性能
二、电池设计表制作及其参数确定与验证
1、正极材料及电极设计参数
2、负极材料及电极设计参数
3、圆柱电池卷芯卷绕模型
4、圆柱电池设计表详细参数
三、设计参数对电池性能的影响
1、极片设计参数等对电池性能的影响
2、电池尺寸型号对性能的影响
四、4680电池为什么要采用无极耳设计
一、21700电池设计解析
1、总体概述
特斯拉Model3采用松下21700电池，根据网络公开资料2018TeslaModel3CellReport ，详细的电池规格为：
表1松下21700电池整体情况

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图121700电池外观
单体电池总体概述
（1）正极材料为NCA ， Ni：Co：Al=90:5:5 ，低钴材料提高了镍含量，从而提供高容量，并降低了材料的成本。
（2）负极材料为石墨，添加少量的Si（约3.5wt%）， Si颗粒尺寸约为3μm 。
（3）电解液方面：溶剂为EC:DMC:EMC ，还包括改善性能的MPC ，锂盐除LiPF6之外，还可能有添加剂LiFSI 。
（4）隔膜为10μm湿法单层PE膜，正极一侧涂覆氧化铝陶瓷层，厚度约1μm 。
（5）单体电池容量为4.78Ah ，每个电池的能量为17.5Wh ，平均电压（能量/容量）为17.5Wh/4.78Ah=3.66V
（6）单体电池总重量为68.6g ，比能量（能量/质量）为254.8Wh/kg ，电池直径21mm ，高70mm ，电池体积为24.23mL ，体积能量密度（能量/体积）为722.3Wh/L 。
下面对电池设计，特别是极片的详细参数进行解析。
2、电池关键材料化学体系
电池关键材料信息如下表2所示，正极材料为NCA ， Ni：Co：Al=90:5:5 ，低钴材料提供高容量，并降低了成本。正极添加碳黑导电剂，粘结剂为PVDF ，集流体为15μm的铝箔。负极材料为石墨，粒径16μm ，添加少量的Si（约3.5wt%）， Si颗粒尺寸约为3μm 。负极集流体为8μm的铜箔。电解液方面：溶剂为EC:DMC:EMC ，还包括改善性能的MPC ，锂盐除LiPF6之外，还有添加剂LiFSI 。隔膜为10μm湿法单层PE膜，正极一侧涂覆氧化铝陶瓷层，厚度约1μm 。
表2松下21700电池关键材料信息
2.1、正极材料
正极材料由类球形颗粒组成，二次颗粒内部包含很多一次颗粒，如图2所示。

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图2正极极片的SEM形貌
对正极极片的SEM照片进行图像处理，分析活性颗粒粒径分布，如下图3所示，粒径呈现三个峰值，分别为7μm、11μm和16μm 。这种多粒径分布形成了高压实的极片涂层。

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图3NCA颗粒粒径分布
活性颗粒由大量一次颗粒组成，一次颗粒粒径分布如下图4所示，呈现两峰分布，峰值粒径分别为0.24μm和0.46μm 。

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图4二次颗粒内部形貌以及一次颗粒的粒径分布