Tesla 在電池技術上又有新突破。7 月 9 日公開的一項全新專利申請(US 2026/0196678 A1),揭露了一種名為「摺邊電極」(hemmed electrode)的創新設計,不靠雷射切割、不靠焊接金屬片,而是直接用「金屬摺紙」的方式,將電極箔片的邊緣摺出一道連續的微米級摺邊,作為電流收集通道。對於長期關注 Tesla 4680 電池發展的人來說,這項專利可能比表面上看起來更重要,它解決的是 Tesla 從 2020 年 Battery Day 以來一直試圖克服的製造瓶頸。
傳統電池的電流瓶頸:為什麼「金屬片」是問題
要理解這項專利的價值,得先了解傳統圓柱形電池的電流收集方式。在標準的圓柱形鋰電池中,正負極材料塗佈在長條金屬箔片上,中間夾著隔離膜,然後像瑞士捲一樣緊緊捲成圓柱狀(業界稱為 jellyroll)。
問題出在電流收集上。傳統設計依賴一兩片獨立的金屬「極耳」(tab)焊接在電極箔片上,作為電流進出的通道。遠離極耳的電流必須橫向穿過極薄的箔片才能到達出口,這條長路徑會產生巨大的內電阻,就像試圖透過少數幾個狹窄閘門清空整個體育館。內電阻越高,快充時產生的熱量就越大,這也是為什麼傳統電池在快充時容易發燙的根本原因。
此外,極耳的物理存在本身也是製造上的麻煩。焊接極耳會增加局部厚度,擾亂捲繞過程的均勻性,還有可能刺穿薄薄的隔離膜。一旦隔離膜破損,正負極直接接觸就可能引發內部短路,嚴重時甚至導致熱失控。極耳切割和焊接也需要專用的雷射設備和碎屑處理系統,增加工廠的資本支出與維護成本。
Tesla 的解法:不切割、不焊接,直接摺邊
Tesla 在 2020 年推出的 4680 電池已經引入「無極耳」(tabless)設計,用分佈式邊緣接觸取代少數幾個極耳。但原來的無極耳設計仍然需要在箔片邊緣切割出密密麻麻的「手指狀」或「旗幟狀」切口,這需要雷射切割設備、碎屑控制系統,而且切口處的箔片強度會下降,高速生產時容易斷裂。
新專利的核心概念非常優雅:不要切割箔片,而是把箔片沒有塗佈活性材料的邊緣直接摺起來。就像在衣服上縫一道摺邊一樣,將金屬箔片的邊緣向內摺疊,形成一道連續的微米級環狀結構。當電極被捲繞時,每一圈的摺邊會與相鄰的摺邊接觸,形成環繞整個 jellyroll 的連續導電路徑。
捲繞完成後,工廠設備可以將突出的摺邊壓平,形成一個緻密、均勻的端面接口,然後將集電板連接在這個端面上。這樣一來,電流可以從整個螺旋的數千個接觸點同時收集,而不是只靠少數幾個極耳。在某些實施例中,Tesla 甚至讓電池外殼或蓋子本身兼任集電器,進一步減少零件數量。
技術細節:從水滴形到雙層摺邊
專利文件中描述了多種摺邊幾何形狀。最簡單的實施例是將箔片摺成水滴形(teardrop loop),相鄰的環在捲繞時自然接觸。此外還有矩形、三角形、梯形、圓形以及完全壓平的輪廓。多種形狀為工程師提供了調整接觸面積和壓縮行為的空間。
更進階的版本採用雙層摺邊(double-loop hem),兩個彎曲方向可以相同或相反,相鄰繞組可以透過其中一個或兩個環接觸。這讓工程師在壓平過程中有更多金屬量和接觸面積可以運用。
Tesla 定義了三個關鍵幾何變數:分離距離 A(活性膜與摺邊起點之間的未塗佈箔片距離,0 到 2 毫米,範例值 1.14 毫米)、環高 B(摺邊的垂直投影高度,0.1 到 3.0 毫米)、環寬 C(壓縮前的環寬度,0.05 到 0.9 毫米)。三項參數為工程師提供了寬廣的設計窗口,可以根據不同的電池尺寸和性能需求進行調整。
製造簡化:砍掉整條生產線
這項專利最實際的價值在於製造層面。採用摺邊電極的生產線可能不再需要獨立的極耳焊接、分條、切口、旗幟交錯和箔片碎屑處理設備。移除多道工序可以減少設備複雜度、廠房佔地面積、能源消耗、廢料和人力,同時提高箔片執行速度和張力控制精度。沒有切口也讓箔片在高速度生產時更不容易彎曲或撕裂。專利還指出,簡化的端部結構可以釋放更多內部空間,有助於改善電解液注入時間。這在量產中是一個經常被低估的瓶頸。
這項摺邊技術與 Tesla 正在推進的乾式電極(dry electrode)製程可以完美搭配。乾式電極省去了溶劑、烘箱和溶劑回收系統;摺邊技術省去了極耳切割、碎屑處理和電流收集的複雜設備。兩者疊加的效果,是整條電池生產線的根本性簡化。
性能優勢:更低電阻、更快充電、更安全
從電氣性能來看,連續邊緣電流收集將電流必須橫向傳輸的距離縮短到零點幾毫米。這直接降低了內電阻,意味著同樣功率下產生的熱量更少。對於已經支援 250 kW 快充的 Model Y 和可接受 325 kW 的 Cybertruck 來說,這項技術的價值不在於達到更高的峰值功率,而是在高功率下維持更均勻的電流分佈和更低的內部發熱。
安全性方面也有潛在提升。傳統的極耳、旗幟和體積較大的焊接結構會佔據 jellyroll 端部的空間,如果電池發生故障產生氣體,這類結構會阻礙氣體排出。而均勻的摺邊接口為氣體留下了更暢通的路徑,有助於壓力快速釋放,降低熱失控的風險。
此外,專利還描述了集電板的應力釋放設計,在集電板上移除三角形、圓形、方形等幾何區域,讓集電板在電池充放電過程中隨著內部材料的膨脹收縮而彎曲,而不是將所有機械應力直接傳遞到焊接接口上。這種彈性設計有助於延長電池的循環壽命。
化學成分中立:適用多種電池材料
摺邊技術是一種電流收集和製造架構,而非新的化學配方。專利中明確指出,它適用於磷酸鋰鐵(LFP)、磷酸鋰錳鐵(LMFP)、鋰鎳錳鈷氧化物(NMC)和鋰鎳鈷鋁氧化物(NCA)等多種正極材料,以及石墨、石墨烯和矽基負極。這項技術可以隨著未來電池化學的演進而繼續使用。
這與 Tesla 的整體電池策略一致。從 2020 年 Battery Day 提出的每 kWh 成本降低 56% 的目標,到 2025 年底解決乾式陰極量產難題,再到如今透過摺邊技術進一步簡化生產線,Tesla 正在一步步將五年前的藍圖變為現實。乾式電極製程被認為可將電池製造階段的能耗降低超過 70%,而摺邊技術則在切割、清潔和電流收集環節再補上一層簡化。只是特斯拉 4680 電池發展了這麼久一直處於僅在部分車型使用的階段,由一開始只是更粗更長的圓柱電池到今年總算成功的乾式塗佈,一直到最新的摺邊技術也沒停止疊代,特斯拉車主到底何時才能使用上真正意義上的完全體4680電池可能還是未知數。





