BYD-nin bıçaq batareyasından tutmuş, Honeycomb Energy-nin kobaltsız batareyasına və daha sonra CATL dövrünün natrium-ion batareyasına qədər enerji batareyaları sənayesi davamlı yeniliklərlə üzləşmişdir. 23 sentyabr 2020-ci il - Tesla Batareya Günü, Tesla CEO-su Elon Musk dünyaya yeni bir batareya - 4680 batareyasını göstərdi.
Əvvəllər silindrik litium batareyaların ölçüləri əsasən 18650 və 21700 idi və 21700 18650-dən 50% daha çox enerjiyə sahib idi.4680 akkumulyatoru 21700 batareyadan beş dəfə çox hüceyrə tutumuna malikdir və yeni akkumulyator hər kilovat-saata maya dəyərini təxminən 14% azalda və kruiz məsafəsini 16% artıra bilər.
Mask açıq şəkildə bildirdi ki, bu akkumulyator 25.000 dollarlıq elektrik avtomobilini mümkün edəcək.
Bəs, bu təhlükəli batareya haradan gəldi?Sonra onları bir-bir təhlil edirik.
1. 4680 batareya nədir?
Teslanın güc batareyalarını adlandırma üsulu çox sadə və sadədir.4680 batareyası, adından da göründüyü kimi, tək hüceyrə diametri 46 mm və hündürlüyü 80 mm olan silindrik bir batareyadır.
Üç müxtəlif ölçülü litium-ion silindrik batareyalar
Şəkildən də göründüyü kimi, Tesla-nın orijinal 18650 batareyası və 21700 batareyası ilə müqayisədə 4680 batareyası uzun boylu və güclü bir insana bənzəyir.
Lakin 4680 batareyası sadəcə ölçü dəyişikliyi deyil, Tesla performansını artırmaq üçün bir çox yeni texnologiyanı özündə birləşdirdi.
İkincisi, 4680 batareyanın yeni texnologiyası
1. Elektrodsuz qulaq dizaynı
İntuitiv olaraq, 4680-in ən böyük hissi onun daha böyük olmasıdır.Bəs niyə keçmişdə digər istehsalçılar batareyanı böyütmədilər.Bunun səbəbi, həcm nə qədər böyük və enerji nə qədər yüksək olarsa, istiliyi idarə etmək çətinləşir və yanma və partlayış təhlükəsi bir o qədər çox olur.
Görünür, Tesla bunu da nəzərə alıb.
Əvvəlki silindrik akkumulyatorla müqayisədə 4680 akkumulyatorunun ən böyük struktur yeniliyi elektrodsuz qapaqdır ki, bu da tam qapaq kimi tanınır.Ənənəvi silindrik batareyada müsbət və mənfi mis folqalar və alüminium folqa ayırıcı yığılır və sarılır. Elektrodları çıxarmaq üçün mis folqa və alüminium folqanın iki ucuna nişan adlanan qurğuşun tel qaynaqlanır.
Ənənəvi 1860 batareyanın sarım uzunluğu 800 mm-dir. Misal olaraq daha yaxşı keçiriciliyə malik mis folqa götürsək, mis folqadan elektrik cərəyanını çıxarmaq üçün lövhələrin uzunluğu 800 mm-dir ki, bu da 800 mm uzunluğunda naqildən keçən cərəyana bərabərdir.
Hesablama ilə müqavimət təxminən 20 mΩ, 2170 batareyasının sarım uzunluğu təxminən 1000 mm, müqavimət isə təxminən 23 mΩ-dir.Asanlıqla çevrilə bilər ki, eyni qalınlıqdakı filmi 4680 batareyaya yuvarlamaq lazımdır və sarım uzunluğu təxminən 3800 mm-dir.
Sarımın uzunluğunu artırmağın bir çox mənfi cəhətləri var. Elektronlar batareyanın hər iki ucundakı nişanlara çatmaq üçün daha uzun məsafə qət etməlidirlər, müqavimət artacaq və batareya istiliyə daha çox meylli olacaq.Batareyanın performansı pisləşəcək və hətta təhlükəsizlik problemləri yaradacaq.Elektronların qət etdiyi məsafəni qısaltmaq üçün 4680 batareya elektrodsuz qulaq texnologiyasından istifadə edir.
Elektrodsuz lövhədə tıxaclar yoxdur, lakin bütün cərəyan kollektorunu lövhəyə çevirir, keçirici yol artıq nişandan asılı deyil və cərəyan lövhə boyunca yanal ötürücüdən kollektor plitəsinə uzununa ötürülməsinə ötürülür. cari kollektor.
Bütün keçirici uzunluq 800 mm-dən 1000 mm 1860 və ya 2170 mis folqa uzunluğundan 80 mm-ə (batareyanın hündürlüyünə) dəyişdi.Müqavimət 2mΩ-ə qədər azaldılır və daxili müqavimət istehlakı 2W-dən 0.2W-a qədər azalır, bu da birbaşa böyüklük əmri ilə azalır.
Bu dizayn batareyanın empedansını çox azaldır və silindrik batareyanın istilik problemini həll edir.
Bir tərəfdən elektrodsuz qulaq texnologiyası cərəyan keçirmə sahəsini artırır, cərəyan keçirmə məsafəsini qısaldır və batareyanın daxili müqavimətini xeyli azaldır; daxili müqavimətin azaldılması cari ofset fenomenini azalda və batareyanın ömrünü uzada bilər; müqavimətin azaldılması istilik istehsalını da azalda bilər və elektrod keçirici örtüyü Qat və batareyanın son qapağı arasındakı effektiv əlaqə sahəsi 100% -ə çata bilər ki, bu da istilik yayma qabiliyyətini yaxşılaşdıra bilər.
4680 batareyası hüceyrə quruluşu baxımından yeni tip elektrodsuz qulaq texnologiyasını qəbul edir ki, bu da xərcləri azaltmağa və səmərəliliyi artırmağa imkan verir.Digər tərəfdən, nişanların qaynaq prosesi buraxılır, istehsal səmərəliliyi yaxşılaşdırılır və qaynaq nəticəsində yaranan qüsur dərəcəsi eyni zamanda azaldıla bilər.
Monopol və tam qütb quruluşunun sxematik diaqramı
2. CTC texnologiyası ilə birləşdirilir
Ümumiyyətlə, batareyanın ölçüsü nə qədər böyükdürsə, eyni avtomobildə bir o qədər az batareya quraşdırılmalıdır.18650 hüceyrə ilə Tesla 7100 hüceyrəyə ehtiyac duyur.4680 batareya istifadə edirsinizsə, sizə yalnız 900 batareya lazımdır.
Batareyalar nə qədər az olsa, bir o qədər tez yığıla bilər, səmərəlilik bir o qədər yüksəkdir, ara keçidlərdə problemlərin yaranma şansı bir o qədər azdır və qiymət daha ucuzdur.Tesla-ya görə, böyük 4680 batareyaların istehsal qiymətini 14% azalda bilər.
Batareya paketinin enerji sıxlığını yaxşılaşdırmaq üçün 4680 batareyası CTC (Cell to Chassis) texnologiyası ilə birləşdiriləcək.Bu, batareya hüceyrələrini birbaşa şassiyə inteqrasiya etməkdir.Modulları və batareya paketlərini tamamilə çıxarmaqla akkumulyator hüceyrələri daha yığcam olacaq, batareya hissələrinin sayı xeyli azalacaq və şassinin yerdən istifadəsi də xeyli yaxşılaşacaq.
CTC batareyanın struktur gücünə müəyyən tələblərə malikdir. Batareyanın özü çox mexaniki gücə malik olmalıdır. 18650 və 2170 batareyaları ilə müqayisədə, 4680 tək batareya daha böyük struktur gücünə və daha yüksək struktur gücünə malikdir və ümumi kvadrat qabıqlı batareya alüminium qabıqdır. 4680 qabıq paslanmayan poladdan hazırlanır və xas struktur gücünə zəmanət verilir.
Kvadrat qabıqlı batareya ilə müqayisədə silindrik akkumulyatorun quruluşu daha çevik olacaq, müxtəlif müxtəlif şassilərə uyğunlaşa bilər və saytla daha yaxşı birləşdirilə bilər.
“EMF”in araşdırmasına və mülahizəsinə görə, CTC texnologiyası 2022-ci ildə yeni enerji daşıyıcılarının tuyeridir və o, həm də yolda çəngəldir.
Akkumulyatorun gövdəyə inteqrasiyası avtomobilin texniki xidmətini son dərəcə mürəkkəbləşdirə bilər və akkumulyatorun müstəqil şəkildə dəyişdirilməsi çətindir.Satışdan sonrakı xidmət qiymətləri artacaq və bu xərclər sığorta xərcləri kimi birbaşa istehlakçılara keçəcək.Musk, kəsilə və dəyişdirilə bilən təmir relsləri hazırladıqlarını iddia etsə də, bunun nə qədər yaxşı işləyəcəyini görmək üçün vaxt lazımdır.
Bir çox avtomobil şirkətləri öz CTC texniki həllərini təklif etdilər, çünki o, yalnız akkumulyatoru yenidən təşkil etmir, həm də bədən quruluşunu dəyişdirməlidir.Bu, əlaqəli sahələrin tədarük zəncirində əməyin yenidən bölgüsü ilə bağlıdır.
CTC sadəcə texniki marşrutdur.Bu, birləşdirilmiş akkumulyator gövdəsidir, dəyişməz sökülür.Onun qarşısında başqa bir texnologiya var - batareyanın dəyişdirilməsi.Batareyanın dəyişdirilməsi texnologiyasını sökmək asandır, lakin batareya batareyanın gücünə böyük töhfə verir.Bu iki marşrutu necə seçmək, batareya təchizatçıları və OEM-lər arasında bir oyundur.
4680 batareya ilə birləşdirilmiş CTC texnologiyası
3. Akkumulyator istehsalı prosesində, katod və anod materiallarında yenilik
Tesla quru batareya elektrod prosesindən istifadə edəcək, həlledicidən istifadə etmək əvəzinə kiçik bir miqdar (təxminən 5-8%) incə toz halına salınmış PTFE bağlayıcı müsbət/mənfi elektrod tozu ilə qarışdırılır, nazik bir zolaq meydana gətirmək üçün ekstruderdən keçirilir. elektrod materialı, sonra elektrod materialının bir zolağı hazır elektrodu yaratmaq üçün metal folqa cərəyan kollektoruna laminatlandı.
Bu şəkildə istehsal olunan batareya daha ekoloji cəhətdən təmizdir.Və bu proses batareyanın enerji sıxlığını artıracaq və istehsalın enerji sərfiyyatını 10 dəfə azaldacaq.Quru elektrod texnologiyası çox güman ki, gələcək nəsil üçün texnoloji etalon olacaq.
Tesla 4680 batareya quru elektrod texnologiyası
Katod materialları baxımından Tesla, katoddakı kobalt elementini də çıxaracağını söylədi.Kobalt bahalı və azdır.O, yalnız dünyanın çox az ölkəsində və ya Konqo kimi qeyri-sabit Afrika ölkələrində çıxarıla bilər.Batareya həqiqətən də kobalt elementini çıxara bilirsə, bunun böyük texnoloji yenilik olduğunu söyləmək olar.
Kobalt
Anod materialları baxımından, Tesla silikon materiallardan başlayacaq və hazırda istifadə olunan qrafiti əvəz etmək üçün daha çox silikon istifadə edəcək.Silikon əsaslı mənfi elektrodun nəzəri xüsusi tutumu 4200mAh/g qədər yüksəkdir ki, bu da qrafit mənfi elektroddan on dəfə yüksəkdir.Bununla belə, silikon əsaslı mənfi elektrodlarda silisiumun həcminin asan genişlənməsi, zəif elektrik keçiriciliyi və böyük ilkin yük-boşaltma itkisi kimi problemlər də mövcuddur.
Buna görə də, materialların performansının yaxşılaşdırılması əslində enerji sıxlığı və sabitlik arasında bir tarazlıq tapmaqdır və mövcud silikon əsaslı anod məhsulları kompozit istifadə üçün silikon və qrafitlə qarışdırılır.
Tesla silisium səthinin elastikliyini əsaslı şəkildə dəyişdirməyi planlaşdırır ki, bu da onun qırılma riskini azaltsın, bu texnologiya batareyaları daha sürətli doldurmağa imkan vermir, həm də batareyanın ömrünü 20 faiz artırır.Tesla yeni materialı “Tesla Silicon” adlandırdı və dəyəri 1,2 dollar/KWh təşkil edir ki, bu da mövcud strukturlaşdırılmış silikon prosesinin yalnız onda birini təşkil edir.
Silikon əsaslı anodlar yeni nəsil litium batareya anod materialları kimi qəbul edilir.
Bazarda olan bir neçə model silikon əsaslı anod materiallarından istifadə etməyə başlamışdır.Tesla Model 3 kimi modellər artıq mənfi elektrodda az miqdarda silikon ehtiva edir.Bu yaxınlarda GAC AION LX Plus modeli təqdim edildi. Qianli versiyası 1000 kilometr batareyanın ömrünü təmin edə bilən süngər silikon anod çip batareyası texnologiyası ilə təchiz edilmişdir.
4680 batareya silikon anod
4680 batareya texnologiyasının üstünlüklərini ümumiləşdirsək, o, xərcləri azaltmaqla yanaşı performansı yaxşılaşdıra bilər.
3. 4680 batareyanın geniş təsiri
4680 batareyası təxribatçı texnoloji inqilab deyil, enerji sıxlığında sıçrayış deyil, daha çox proses texnologiyasında yenilikdir.
Bununla belə, Tesla tərəfindən idarə olunan yeni enerji bazarının mövcud modeli üçün 4680 batareyanın istehsalı mövcud batareya modelini dəyişəcək.Sənaye istər-istəməz böyük həcmli silindrik batareyalar dalğasını işə salacaq.
Məlumatlara görə, Panasonic 2023-cü ilin əvvəlində Tesla üçün 4680 böyük tutumlu akkumulyatorun kütləvi istehsalına başlamağı planlaşdırır.Yeni investisiya 80 milyard yen (təxminən 704 milyon ABŞ dolları) qədər yüksək olacaq.4680 akkumulyatorunun hazırlanmasına Samsung SDI və LG Energy də qoşulub.
Yerli olaraq Yiwei Lithium Energy, törəmə şirkəti Yiwei Power, Jingmen Yüksək Texnologiyalı Zonada minik avtomobilləri üçün 20 GWh böyük silindrik batareya istehsal xətti qurmağı planlaşdırdığını açıqladı. BAK Battery və Honeycomb Energy də böyük silindrik batareyalar sahəsinə daxil olacaq. BMW və CATL də böyük silindrik akkumulyatorları aktiv şəkildə yerləşdirir və əsas model müəyyən edilmişdir.
Batareya İstehsalçılarının Silindirik Batareya Planı
Dördüncüsü, elektromotor qüvvənin deməyə sözü var
Böyük silindrik akkumulyatorun struktur yeniliyi, şübhəsiz ki, enerji batareyaları sənayesinin inkişafına təkan verəcəkdir. Bu, 5-ci batareyadan 1-ci batareyaya yüksəltmək qədər sadə deyil. Onun yağlı bədənində böyük suallar var.
Akkumulyatorun qiyməti bütün avtomobilin qiymətinin 40%-ə yaxındır. Batareyanın "ürək" kimi əhəmiyyəti öz-özünə aydındır.Ancaq yeni enerji vasitələrinin populyarlığı ilə batareyalara tələbat günü-gündən artır və materialların qiyməti artır. Akkumulyatorların innovasiyası avtomobil şirkətlərinin inkişafı üçün vacib bir üsula çevrildi.
Batareya ilə əlaqəli texnologiyaların inkişafı ilə sərfəli elektrik avtomobilləri çox yaxındadır!
Göndərmə vaxtı: 13 iyun 2022-ci il