<2025> 4680 배터리 기술 개발 동향 및 시장 전망
<2025> 4680 Battery Technology Development Trend and Outlook
상품코드 : 1784309
리서치사 : SNE Research
발행일 : 2025년 07월
페이지 정보 : 영문 또는 국문 - 494 Pages
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한글목차

4680 배터리는 직경 46mm, 길이 80mm의 대형 원통형 리튬이온 전지로, 테슬라(Tesla)가 2020년 'Battery Day'에서 처음 공개한 이후 전 세계 배터리 및 전기차 산업의 기술 혁신을 선도하는 상징적인 셀 폼팩터로 부상하였습니다. 기존 2170 및 1865 규격 대비 에너지 밀도 증가, 셀 조립 수 감소, 열관리 효율 향상, 비용 절감 등의 다면적 장점이 부각되며, 테슬라뿐 아니라 파나소닉(Panasonic), LG에너지솔루션, 삼성SDI, CATL, EVE Energy 등 주요 셀 제조사들도 4680 생산 능력 확보에 박차를 가하고 있습니다.

4680 배터리는 특히 전기차 플랫폼의 구조적 효율성 향상을 가능케 하는 셀-투-섀시(Cell-to-Chassis) 설계와 높은 충방전 성능의 구현이 가능한 tabless 전극 구조 등의 혁신을 수용하며, EV 효율 및 비용 경쟁력을 획기적으로 개선할 핵심 기술로 주목받고 있습니다.

4680배터리의 가장 특징적인 tabless 전극 구조는 전극탭이 셀 측면에 위치하지 않고 전극 전체에 걸쳐 분산된 구조를 갖습니다. 따라서 전류 흐름의 균일화로 저항 분포가 평준화되어 발열이 감소하고, 열 확산의 효율화로 고출력 조건에서도 발열을 집중 방지할 수 있으며, 제조 공정 단순화로 전극과 탭 연결 공정 생략으로 수율이 증가하는 이점을 가지고 있습니다. 따라서 파우치셀이나 각형 셀에서는 구현이 어렵지만, 원통형 셀의 경우 특히 대형화될수록 tabless 설계의 이점이 극대화됩니다. 테슬라의 자체 생산 셀은 건식 코팅(dry electrode)과 함께 이 구조를 적극 활용하고 있습니다.

한편, 테슬라는 Maxwell Technologies 인수를 통해 도입한 건식 전극 코팅 기술을 4680에 적용하고자 하였습니다. 이는 용매를 사용하지 않고 고체 전극 재료를 고속 압착 방식으로 집전체에 부착하는 방식으로, NMP 제거로 환경 친화적 (NMP-free)인 공정으로서, 건조 공정 생략으로 생산 시간이 단축되고, 전극 밀도 및 두께 증가가 가능하게 되어 에너지 밀도를 향상시킬 수 있는 장점을 가지고 있습니다.

다만 양산 과정에서 코팅 두께 균일성과 계면 접착 안정성 문제로 도전 과제가 남아 있으며, 일부 기업들은 습식 공정 기반의 대안적 고속 코팅 솔루션을 개발 중입니다.

에너지밀도를 극대화하기 위해서 고에너지 활성 소재를 적용하고 있는데, 양극재는 하이니켈계(Ni > 88%) NCM/NCA를 적용하여 에너지 밀도와 수명 향상을 도모하고, 음극재는 실리콘 첨가 흑연(Si-C) 또는 완전 실리콘계 음극의 도입으로 급속충전 대응력을 향상시키고, 전해질은 고전압 안정 첨가제 적용 또는 gel 전해질 도입으로 수명 및 안정성 개선을 꾀하고 있습니다. 특히 실리콘 음극은 팽창 제어와 전기전도성 유지를 위한 나노복합화 기술과 탄소 매트릭스 구조, 계면 안정화 첨가제가 병행 개발 중입니다.

배터리의 용량이 커질수록 열폭주(Runaway) 및 안전성 대응 기술이 필요한데, 4680도 대형 셀 특성상 단위 셀의 열폭주 시 전체 모듈의 연쇄 반응이 빠르게 일어날 수 있어, 열 차단 설계, PTC 또는 열퓨즈 내장, 내화성 셀 케이스 및 냉각 경로 분산 설계 등의 안전 기술이 병행됩니다. 파우치/각형 셀 대비 구조적 해석이 복잡해지는 만큼, 셀 시뮬레이션 기반의 구조-열-전기 통합 설계가 확대되고 있습니다.

테슬라가 시작은 하였지만, 46Φ 대형 셀 개발은 한국, 일본, 중국에서 활발하게 이루어지고 있습니다. 테슬라는 텍사스 기가팩토리 및 베를린 공장에서 자체 4680 셀 양산을 진행중이며 24년에 이미 셀 1억개 생산 돌파 및 Cyber truck에 2세대 Cybercell을 적용하여 충전속도 및 특성을 개선하고 있으며, 26년까지 건식 코팅 기반 신규 4680셀 NC05 등 최소 4개를 변형 개발할 예정입니다. 파나소닉은 일본 와카야마와 미국 네바다 공장에서 4680 시생산 및 공급중으로 향후 Kansas에 4680 대형 공장 리노베이션을 완료하였고, 테슬라 외 OEM 대상 샘플링 및 승인 절차를 진행중입니다.

국내 K-3사의 경우, LG에너지솔루션은 ’24.8월 오창에서 Pilot 양산을 시작하였고, ’26년 상반기 양산을 목표로 애리조나 신규공장에서 4680 파일럿 생산 중입니다. 삼성SDI는 ’25년 1분기에 46Φ 셀을 적용한 마이크로 모빌리티용 팩을 시작으로 BMW 등 유럽 OEM과 46Φ 대형 원통형 배터리 적용 확대를 추진중에 있습니다. 한편, 중국 업체(CATL, EVE 등)은 46계 셀 개발 및 구조적 호환성 테스트 진행 중이며 BYD는 LFP를 기반으로 한 유사 대형 셀 개발을 추진중입니다.

마지막으로 4680 배터리는 고용량, 고밀도, 생산비 절감이라는 잠재력을 갖췄지만, 양산 안정화와 기술 완숙화가 관건이며, 2025년에서 2026년 사이가 분수령으로, Tesla와 Panasonic이 양산 경험을 쌓는 한편, 국내 배터리사도 본격 공급 체계를 구축할 전망입니다.

한편, 경쟁은 다극화되고 있으며, LFP 등 타 배터리 기술과의 경쟁, 그리고 Dry process 완료 여부, 수율 개선, 국산화 수준이 향후 산업 지형을 좌우할 것으로 보이며, 최종적으로 4680 셀이 전기차 시장의 게임체인저로 자리잡기 위해서는, 기술 완성도, 비용 경쟁력, 공급망 안정화라는 3박자가 모두 맞아떨어져야 할 것으로 전망됩니다.

본 리포트에서 SNE는 4680에 관한 각 사의 발표자료와 분해 및 성능 test에 관한 흩어진 자료들을 체계적으로 정리하였으며, 주요 논문의 리뷰를 통해, 4680의 도입이 실제적으로 어느 정도 효과 및 성능개선이 있는지를 분석하였고, 4680 제조업체의 현황 및 주요 제품을 정리함은 물론 Gigafactory공장의 규모와 Cybertruck의 생산대수 및 생산량과의 상관 관계 등을 표시하여, 4680의 양산성에 관한 흥미 있는 정보를 제공함으로써 이 분야의 연구자 및 관심 있는 분들에게 전반적인 통찰력을 제공하고자 하였습니다.

본 보고서의 Strong Point는 다음과 같습니다.

+

① 4680에 대한 개발동향 및 정보를 집대성하여 전체적인 이해 및 파악이 용이

② 4680 셀 및 팩 분해 보고서를 상세히 분석 정리하여 이해력을 증진

③ 4680 배터리 시장 전망과 생산 전망 분석을 통해 시장규모와 성장율을 파악

④ 논문 분석을 통한 4680에 적용한 소재 및 기술의 상세 분석



(a)(c)총 비용을 재료비, 인건비, 감가상각비, 자본비, 에너지비, 공장 면적비 및 기타 비용으로 분류하여 비중을 보여줍니다. 재료비가 가장 큰 비중(72.0%)을 차지합니다. (b)(d) 2170 셀 vs. 4680 셀의 재료비 상세 분석. 이 도넛 차트는 재료비를 음극, 양극, 분리막, 전해액, 하우징으로 세분화합니다. 양극과 음극 재료가 주요 재료비 요인임을 명확히 보여줍니다.

대형 tabless 원통형 리튬 이온 전지의 제조 공정 (캔 및 엔드캡 포함). 이 그림은 셀 제조의 핵심 단계를 시각적으로 보여줍니다. 좌측 상단: tabless 젤리 롤 제조 (A1) - 집전체 plate와 함께 젤리 롤이 형성되는 과정을 보여줍니다. 레이저 용접 표시가 있습니다. 우측 상단: 캔의 딥 드로잉(강철) 또는 충격 압출(알루미늄) (A2) - 하우징이 형성되는 과정을 보여줍니다. 중앙: 셀 조립 (B) - 젤리 롤이 하우징에 삽입되고 다양한 용접 공정을 통해 조립되는 단계. 레이저 및 초음파 용접 표시가 있습니다. 하단: 마무리 (C) - 조립된 셀이 최종적으로 검사 및 처리되는 단계.



목차

1. 4680 원통형 배터리 개요

2. 4680 배터리 셀 개발

3. 4680 배터리 상세 기술

4. 4680 배터리 분해 및 분석

5. Tesla 4680 원통형 셀 분해 및 전지특성 연구

6. 4680 배터리 성공에 필요한 기술들

7. 4680 vs. 18650, 2170과의 비교: 에너지 밀도 향상과 셀 코스트 절감

8. Tesla 4680 모듈용 배터리 열 관리 시스템(BTMS)설계

9. 4680셀 열관리: 셀 설계 및 cooling

10. 원통형 LIB 셀의 설계, 특성 및 제조

11. Tabless 원통형 LIB 셀의 셀 size 및 housing 재질의 영향

12. 대형 tabless 원통형 LIB셀의 열 폭주 및 열 전파 특성화

13. Tesla 4680 셀과 BYD Blade 셀의 비교 분석

14. Tabless 원통형 LIB: 모델링을 통한 셀 치수 및 하우징 재료의 영향 연구

15. 원통형 LIB 제조 비용 비교: Tabless 전극 vs. standard 전극

16. 4680 셀 업체들의 현황

17. 4680 battery 특허분석

18. 4680 배터리 시장전망

19. Tesla 4680 cell 생산 관련 통계 전망

영문 목차

영문목차

The 4680 battery is a large cylindrical lithium-ion cell with a diameter of 46 mm and a length of 80 mm. Since Tesla first unveiled it at its 2020 Battery Day, it has emerged as a symbolic cell form factor leading technological innovation across the global battery and electric vehicle industries. Compared to the existing 2170 and 1865 formats, the 4680 highlights multidimensional advantages such as higher energy density, reduced cell assembly count, improved thermal management efficiency, and lower costs.

Accordingly, not only Tesla but also major cell manufacturers including Panasonic, LG Energy Solution, Samsung SDI, CATL, and EVE Energy are racing to secure 4680 production capacity.

The 4680 battery particularly enables enhanced structural efficiency of EV platforms through Cell-to-Chassis (CtC) design and incorporates innovations such as the tabless electrode structure, which makes it possible to achieve high charge/discharge performance. These advances position the 4680 as a key technology that can drastically improve EV efficiency and cost competitiveness.

The most distinctive feature of the 4680, the tabless electrode structure, distributes the current-collecting tabs across the entire electrode instead of placing them at the cell's edges. This leads to more uniform current flow, reducing resistance distribution, suppressing heat generation, and improving thermal diffusion efficiency, thereby preventing localized overheating under high-power conditions. Additionally, the simplified manufacturing process eliminates the need for electrode-tab connection steps, boosting yield. While this architecture is difficult to implement in pouch or prismatic cells, in cylindrical cells-especially large ones-its advantages are maximized. Tesla's in-house cells actively leverage this structure along with dry electrode coating.

Meanwhile, Tesla sought to apply the dry electrode coating technology introduced via its acquisition of Maxwell Technologies to the 4680. This method, which attaches solid electrode materials to the current collector by high-speed pressing without using solvents, is an environmentally friendly (NMP-free) process. It shortens production time by eliminating drying, allows thicker and denser electrodes, and thereby improves energy density. However, challenges remain in mass production, such as ensuring coating thickness uniformity and interfacial adhesion stability. Some companies are therefore developing alternative high-speed coating solutions based on wet processes.

To maximize energy density, high-energy active materials are being applied: cathodes employ high-nickel (Ni > 88%) NCM/NCA to enhance both density and lifespan; anodes use silicon-composite graphite (Si-C) or fully silicon-based designs to boost fast-charging capability; electrolytes incorporate high-voltage stabilizing additives or gel electrolytes to improve durability and stability. In particular, silicon anodes face expansion control and conductivity challenges, tackled by nanocomposite technologies, carbon-matrix architectures, and interfacial stabilization additives.

As capacity increases, so does the need for thermal runaway and safety countermeasures. Due to the large-cell nature of the 4680, a single-cell failure can quickly cascade across the module. Accordingly, safety technologies such as thermal barriers, built-in PTC/thermal fuses, flame-retardant cell casings, and dispersed cooling pathways are being developed. Since structural analysis becomes more complex than in pouch or prismatic cells, simulation-based integrated structural-thermal-electrical design is expanding.

Although Tesla pioneered the concept, development of 46-Phi large-format cells is now actively underway in Korea, Japan, and China. Tesla is mass-producing 4680 cells at its Texas Gigafactory and Berlin plant, surpassing 100 million units in 2024. The company has applied the second-generation "Cybercell" to the Cybertruck to improve charging speed and performance, and by 2026 plans to develop at least four new variants-including the NC05-based on dry coating. Panasonic is conducting pilot production and supply from its Wakayama (Japan) and Nevada (U.S.) facilities, and has completed renovations for a large 4680 plant in Kansas. It is also undergoing sampling and approval processes with OEMs beyond Tesla.

Among Korean "K-3" companies: LG Energy Solution began pilot production at Ochang in August 2024 and is preparing for mass production at its new Arizona plant by the first half of 2026. Samsung SDI, starting in Q1 2025, will apply 46-Phi cells in micromobility packs and expand adoption with European OEMs such as BMW. Meanwhile, Chinese companies including CATL and EVE are testing 46-series cells for structural compatibility, while BYD is developing similar large cells based on LFP chemistry.

Ultimately, while the 4680 holds strong potential in terms of high capacity, high density, and cost reduction, the keys remain mass-production stabilization and technological maturity. The period between 2025 and 2026 is expected to be a watershed, as Tesla and Panasonic accumulate production experience while Korean firms build out full-scale supply systems.

Competition, however, is diversifying. Rivalry with other battery technologies such as LFP, the completion of dry processes, yield improvements, and levels of localization will shape the industry landscape. For the 4680 to truly establish itself as a game-changer in the EV market, the trifecta of technical completeness, cost competitiveness, and supply chain stability must be achieved.

This report by SNE systematically compiles scattered data from corporate announcements, teardown studies, and performance tests related to the 4680. It also reviews key academic papers to assess the actual effectiveness and performance improvements of the 4680, summarizes the status and main products of manufacturers, and presents correlations between Gigafactory scale, Cybertruck production volumes, and cell output-providing valuable insights on manufacturability for researchers and stakeholders.

The strong points of this report are as follows:



(a)(c) The total cost is classified into material costs, labor costs, depreciation, capital costs, energy costs, plant area costs, and other expenses, with their respective proportions shown. Material cost accounts for the largest share (72.0%).

(b)(d) Detailed material cost analysis of 2170 cells vs. 4680 cells. This donut chart breaks down material costs into anode, cathode, separator, electrolyte, and housing. It clearly shows that cathode and anode materials are the main cost drivers.

Manufacturing process of large tabless cylindrical lithium-ion cells (including can and end cap).

This figure visually illustrates the key steps of cell manufacturing:

Table of Contents

1. Overview of 4680 Cylindrical Battery

2. Development of 4680 Battery Cells

3. Detailed Technology of 4680 Battery

4. 4680 Battery Teardown and Analysis

5. Teardown and Electrochemical Study of Tesla 4680 Cell

6. Technologies Required for 4680 Battery Success

7. Comparison of 4680 with 18650 & 2170: Energy Density and Cost Reduction

8. Design of Battery Thermal Management System (BTMS) for Tesla 4680 Module

9. Thermal Management of 4680 Cells: Design and Cooling

10. Design, Properties, and Manufacturing of Cylindrical LIB Cells

11. Effects of Cell Size and Housing Materials in Tabless Cylindrical LIB Cells

12. Thermal Runaway & Propagation in Large Tabless Cylindrical LIB Cells

13. Comparative Analysis: Tesla 4680 vs. BYD Blade Cell

14. Modeling Study: Cell Size & Housing Impact in Tabless Cylindrical LIB

15. Cost Comparison: Tabless vs. Standard Electrode Cylindrical LIB

16. Status of 4680 Cell Manufacturers

17. Patent Analysis on 4680 Batteries

18. Market Outlook for 4680 Batteries

19. Forecast of Tesla 4680 Cell Production

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