BYD की ब्लेड बैटरी से, हनीकॉम्ब एनर्जी की कोबाल्ट-मुक्त बैटरी तक, और फिर CATL युग की सोडियम-आयन बैटरी तक, पावर बैटरी उद्योग ने निरंतर नवाचार का अनुभव किया है। 23 सितंबर, 2020 - टेस्ला बैटरी दिवस, टेस्ला के सीईओ एलोन मस्क ने दुनिया को एक नई बैटरी दिखाई - 4680 बैटरी।
पहले, बेलनाकार लिथियम बैटरी का आकार मुख्य रूप से 18650 और 21700 था, और 21700 में 18650 की तुलना में 50% अधिक ऊर्जा थी।4680 बैटरी में 21700 बैटरी की सेल क्षमता पांच गुना है, और नई बैटरी प्रति किलोवाट-घंटे की लागत को लगभग 14% कम कर सकती है और क्रूज़िंग रेंज को 16% तक बढ़ा सकती है।
मस्क ने स्पष्ट रूप से कहा कि यह बैटरी 25,000 डॉलर की इलेक्ट्रिक कार को संभव बनाएगी।
तो, यह खतरनाक बैटरी कहां से आई?आगे, हम एक-एक करके उनका विश्लेषण करते हैं।
1. 4680 बैटरी क्या है?
टेस्ला का पावर बैटरियों के नामकरण का तरीका बहुत सरल और सीधा है।4680 बैटरी, जैसा कि नाम से पता चलता है, एक बेलनाकार बैटरी है जिसका एकल सेल व्यास 46 मिमी और ऊंचाई 80 मिमी है।
लिथियम-आयन बेलनाकार बैटरियों के तीन अलग-अलग आकार
जैसा कि चित्र से देखा जा सकता है, टेस्ला की मूल 18650 बैटरी और 21700 बैटरी की तुलना में, 4680 बैटरी एक लंबे और मजबूत आदमी की तरह दिखती है।
लेकिन 4680 बैटरी सिर्फ आकार में बदलाव नहीं है, टेस्ला ने प्रदर्शन को बेहतर बनाने के लिए कई नई तकनीक को शामिल किया है।
दूसरा, 4680 बैटरी की नई तकनीक
1. इलेक्ट्रोडलेस कान डिजाइन
सहज रूप से, 4680 की सबसे बड़ी भावना यह है कि यह बड़ा है।तो पहले अन्य निर्माताओं ने बैटरी बड़ी क्यों नहीं बनाईं।ऐसा इसलिए है क्योंकि जितना बड़ा आयतन और जितनी अधिक ऊर्जा, गर्मी को नियंत्रित करना कठिन होता है और जलने और विस्फोट से सुरक्षा का खतरा उतना ही अधिक होता है।
टेस्ला ने जाहिर तौर पर इसे भी ध्यान में रखा है।
पिछली बेलनाकार बैटरी की तुलना में, 4680 बैटरी का सबसे बड़ा संरचनात्मक नवाचार इलेक्ट्रोडलेस लग है, जिसे पूर्ण लग के रूप में भी जाना जाता है।एक पारंपरिक बेलनाकार बैटरी में, सकारात्मक और नकारात्मक तांबे की पन्नी और एल्यूमीनियम पन्नी विभाजक को ढेर करके लपेटा जाता है। इलेक्ट्रोड को बाहर निकालने के लिए, टैब नामक एक लीड तार को तांबे की पन्नी और एल्यूमीनियम पन्नी के दो सिरों पर वेल्ड किया जाता है।
पारंपरिक 1860 बैटरी की वाइंडिंग लंबाई 800 मिमी है। उदाहरण के तौर पर बेहतर चालकता वाली तांबे की पन्नी को लेते हुए, तांबे की पन्नी से बिजली निकालने के लिए टैब की लंबाई 800 मिमी है, जो 800 मिमी लंबे तार से गुजरने वाली धारा के बराबर है।
गणना के अनुसार, प्रतिरोध लगभग 20mΩ है, 2170 बैटरी की घुमावदार लंबाई लगभग 1000 मिमी है, और प्रतिरोध लगभग 23mΩ है।इसे आसानी से परिवर्तित किया जा सकता है कि समान मोटाई की फिल्म को 4680 बैटरी में रोल करने की आवश्यकता होती है, और घुमावदार लंबाई लगभग 3800 मिमी होती है।
वाइंडिंग की लंबाई बढ़ाने के कई नुकसान हैं। इलेक्ट्रॉनों को बैटरी के दोनों सिरों पर टैब तक पहुंचने के लिए लंबी दूरी तय करनी होगी, प्रतिरोध बढ़ जाएगा, और बैटरी के गर्म होने का खतरा अधिक होगा।बैटरी का प्रदर्शन ख़राब हो जाएगा और यहां तक कि सुरक्षा संबंधी समस्याएं भी पैदा होंगी।इलेक्ट्रॉनों द्वारा तय की गई दूरी को कम करने के लिए, 4680 बैटरी इलेक्ट्रोडलेस कान तकनीक का उपयोग करती है।
इलेक्ट्रोडलेस टैब में कोई टैब नहीं होता है, लेकिन पूरे वर्तमान कलेक्टर को एक टैब में बदल देता है, प्रवाहकीय पथ अब टैब पर निर्भर नहीं होता है, और वर्तमान को टैब के साथ पार्श्व संचरण से कलेक्टर प्लेट में अनुदैर्ध्य संचरण में स्थानांतरित किया जाता है वर्तमान कलेक्टर.
संपूर्ण प्रवाहकीय लंबाई 1860 की 800 से 1000 मिमी या 2170 तांबे की पन्नी की लंबाई से 80 मिमी (बैटरी की ऊंचाई) में बदल गई है।प्रतिरोध 2mΩ तक कम हो जाता है, और आंतरिक प्रतिरोध खपत 2W से 0.2W तक कम हो जाती है, जो सीधे परिमाण के क्रम से कम हो जाती है।
यह डिज़ाइन बैटरी की प्रतिबाधा को बहुत कम करता है और बेलनाकार बैटरी की हीटिंग समस्या को हल करता है।
एक ओर, इलेक्ट्रोडलेस कान तकनीक वर्तमान चालन क्षेत्र को बढ़ाती है, वर्तमान चालन दूरी को कम करती है, और बैटरी के आंतरिक प्रतिरोध को बहुत कम करती है; आंतरिक प्रतिरोध में कमी से वर्तमान ऑफसेट घटना कम हो सकती है और बैटरी जीवन बढ़ सकता है; प्रतिरोध में कमी से गर्मी उत्पादन भी कम हो सकता है, और इलेक्ट्रोड प्रवाहकीय कोटिंग परत और बैटरी अंत टोपी के बीच प्रभावी संपर्क क्षेत्र 100% तक पहुंच सकता है, जो गर्मी अपव्यय क्षमता में सुधार कर सकता है।
4680 बैटरी सेल संरचना के संदर्भ में एक नई प्रकार की इलेक्ट्रोडलेस कान तकनीक को अपनाती है, जो लागत को कम कर सकती है और दक्षता बढ़ा सकती है।दूसरी ओर, टैब की वेल्डिंग प्रक्रिया को छोड़ दिया जाता है, उत्पादन क्षमता में सुधार होता है, और वेल्डिंग के कारण होने वाली दोष दर को एक ही समय में कम किया जा सकता है।
मोनोपोल और पूर्ण-पोल संरचना का योजनाबद्ध आरेख
2. सीटीसी प्रौद्योगिकी के साथ संयुक्त
सामान्यतया, बैटरी का आकार जितना बड़ा होगा, उतनी ही कम बैटरियों को उसी वाहन में स्थापित करने की आवश्यकता होगी।18650 कोशिकाओं के साथ, एक टेस्ला को 7100 कोशिकाओं की आवश्यकता होती है।यदि आप 4680 बैटरियों का उपयोग करते हैं, तो आपको केवल 900 बैटरियों की आवश्यकता होगी।
जितनी कम बैटरियां होंगी, उन्हें उतनी ही तेजी से असेंबल किया जा सकता है, दक्षता उतनी ही अधिक होगी, मध्यवर्ती लिंक में समस्याओं की संभावना कम होगी और कीमत उतनी ही सस्ती होगी।टेस्ला के अनुसार, बड़ी 4680 बैटरी की उत्पादन कीमत को 14% तक कम कर सकती है।
बैटरी पैक की ऊर्जा घनत्व में सुधार करने के लिए, 4680 बैटरी को सीटीसी (सेल टू चेसिस) तकनीक के साथ जोड़ा जाएगा।यह बैटरी कोशिकाओं को सीधे चेसिस में एकीकृत करना है।मॉड्यूल और बैटरी पैक को पूरी तरह से हटाने से, बैटरी सेल अधिक कॉम्पैक्ट हो जाएंगे, बैटरी भागों की संख्या बहुत कम हो जाएगी, और चेसिस के स्थान उपयोग में भी काफी सुधार होगा।
बैटरी की संरचनात्मक ताकत पर सीटीसी की कुछ आवश्यकताएं हैं। बैटरी को स्वयं बहुत अधिक यांत्रिक शक्ति सहन करनी पड़ती है। 18650 और 2170 बैटरियों की तुलना में, 4680 सिंगल बैटरी में बड़ी संरचनात्मक ताकत और उच्च संरचनात्मक ताकत होती है, और सामान्य वर्ग शेल बैटरी एक एल्यूमीनियम शेल होती है। 4680 शेल स्टेनलेस स्टील से बना है, और अंतर्निहित संरचनात्मक ताकत की गारंटी है।
वर्गाकार शेल बैटरी की तुलना में, बेलनाकार बैटरी का लेआउट अधिक लचीला होगा, विभिन्न चेसिस के अनुकूल हो सकता है, और साइट के साथ बेहतर ढंग से जोड़ा जा सकता है।
"ईएमएफ" के अनुसंधान और निर्णय के अनुसार, सीटीसी तकनीक 2022 में नई ऊर्जा वाहनों का आधार है, और यह सड़क का कांटा भी है।
बैटरी को शरीर में एकीकृत करने से वाहन का रखरखाव बेहद जटिल हो सकता है, और बैटरी को स्वतंत्र रूप से बदलना मुश्किल होता है।बिक्री के बाद सेवा की कीमतें बढ़ जाएंगी, और इन लागतों को सीधे उपभोक्ताओं पर डाला जाएगा, जैसे कि बीमा लागत।हालांकि मस्क का दावा है कि उन्होंने मरम्मत रेलें डिजाइन की हैं जिन्हें काटा और बदला जा सकता है, लेकिन यह देखने में समय लगेगा कि यह कितनी अच्छी तरह काम करेगी।
कई कार कंपनियों ने अपने स्वयं के सीटीसी तकनीकी समाधान प्रस्तावित किए हैं, क्योंकि इसमें न केवल बैटरी को पुनर्व्यवस्थित किया जाता है, बल्कि शरीर की संरचना को भी बदलने की आवश्यकता होती है।यह संबंधित उद्योगों की आपूर्ति श्रृंखला में श्रम के पुन: विभाजन से संबंधित है।
सीटीसी सिर्फ एक तकनीकी मार्ग है.यह एक बैटरी बॉडी इंटीग्रेटेड, अपरिवर्तित डिस्सेम्बली है।इसके पार एक और तकनीक है- बैटरी स्वैपिंग।बैटरी स्वैप तकनीक को अलग करना आसान है, लेकिन बैटरी बैटरी की मजबूती में बहुत बड़ा योगदान देती है।इन दो मार्गों को कैसे चुना जाए यह बैटरी आपूर्तिकर्ताओं और ओईएम के बीच का खेल है।
सीटीसी तकनीक 4680 बैटरी के साथ संयुक्त है
3. बैटरी उत्पादन प्रक्रिया, कैथोड और एनोड सामग्री में नवाचार
टेस्ला विलायक का उपयोग करने के बजाय सूखी बैटरी इलेक्ट्रोड प्रक्रिया का उपयोग करेगा, बारीक पाउडर वाले पीटीएफई बाइंडर की एक छोटी मात्रा (लगभग 5-8%) को सकारात्मक/नकारात्मक इलेक्ट्रोड पाउडर के साथ मिलाया जाता है, एक पतली पट्टी बनाने के लिए एक एक्सट्रूडर के माध्यम से पारित किया जाता है। इलेक्ट्रोड सामग्री, और फिर तैयार इलेक्ट्रोड बनाने के लिए इलेक्ट्रोड सामग्री की एक पट्टी को धातु फ़ॉइल वर्तमान कलेक्टर में लेमिनेट किया गया।
इस तरह से उत्पादित बैटरी अधिक पर्यावरण के अनुकूल है।और इस प्रक्रिया से बैटरी का ऊर्जा घनत्व बढ़ जाएगा और उत्पादन की ऊर्जा खपत 10 गुना कम हो जाएगी।ड्राई इलेक्ट्रोड तकनीक अगली पीढ़ी के लिए तकनीकी बेंचमार्क बनने की संभावना है।
टेस्ला 4680 बैटरी ड्राई इलेक्ट्रोड तकनीक
कैथोड सामग्री के संदर्भ में, टेस्ला ने कहा कि वह कैथोड में कोबाल्ट तत्व को भी हटा देगा।कोबाल्ट महँगा और दुर्लभ है।इसका खनन दुनिया के बहुत कम देशों या कांगो जैसे अस्थिर अफ्रीकी देशों में ही किया जा सकता है।यदि बैटरी वास्तव में कोबाल्ट तत्व को हटा सकती है, तो इसे एक प्रमुख तकनीकी नवाचार कहा जा सकता है।
कोबाल्ट
एनोड सामग्रियों के संदर्भ में, टेस्ला सिलिकॉन सामग्रियों से शुरुआत करेगी और वर्तमान में उपयोग किए जाने वाले ग्रेफाइट को बदलने के लिए अधिक सिलिकॉन का उपयोग करेगी।सिलिकॉन-आधारित नकारात्मक इलेक्ट्रोड की सैद्धांतिक विशिष्ट क्षमता 4200mAh/g जितनी अधिक है, जो ग्रेफाइट नकारात्मक इलेक्ट्रोड की तुलना में दस गुना अधिक है।हालाँकि, सिलिकॉन-आधारित नकारात्मक इलेक्ट्रोड में सिलिकॉन का आसान मात्रा विस्तार, खराब विद्युत चालकता और बड़ी प्रारंभिक चार्ज-डिस्चार्ज हानि जैसी समस्याएं भी होती हैं।
इसलिए, सामग्रियों के प्रदर्शन में सुधार वास्तव में ऊर्जा घनत्व और स्थिरता के बीच संतुलन खोजने के लिए है, और वर्तमान सिलिकॉन-आधारित एनोड उत्पादों को समग्र उपयोग के लिए सिलिकॉन और ग्रेफाइट के साथ डोप किया जाता है।
टेस्ला ने सिलिकॉन सतह की लचीलापन को मौलिक रूप से बदलने की योजना बनाई है ताकि इसके टूटने की संभावना कम हो, एक ऐसी तकनीक जो न केवल बैटरी को तेजी से चार्ज करने की अनुमति देती है, बल्कि बैटरी जीवन को 20 प्रतिशत तक बढ़ा देती है।टेस्ला ने नई सामग्री का नाम "टेस्ला सिलिकॉन" रखा, और लागत $1.2/KWh है, जो मौजूदा संरचित सिलिकॉन प्रक्रिया का केवल दसवां हिस्सा है।
सिलिकॉन-आधारित एनोड को अगली पीढ़ी की लिथियम बैटरी एनोड सामग्री माना जाता है।
बाज़ार में कुछ मॉडलों ने सिलिकॉन-आधारित एनोड सामग्री का उपयोग करना शुरू कर दिया है।टेस्ला मॉडल 3 जैसे मॉडल पहले से ही नकारात्मक इलेक्ट्रोड में थोड़ी मात्रा में सिलिकॉन शामिल करते हैं।हाल ही में GAC AION LX Plus मॉडल लॉन्च किया गया था। कियानली संस्करण स्पंज सिलिकॉन एनोड चिप बैटरी तकनीक से लैस है, जो 1,000 किलोमीटर की बैटरी जीवन प्राप्त कर सकता है।
4680 बैटरी सिलिकॉन एनोड
4680 बैटरी तकनीक के फायदों का सारांश यह है कि यह लागत कम करते हुए प्रदर्शन में सुधार कर सकती है।
3. 4680 बैटरियों का दूरगामी प्रभाव
4680 बैटरी कोई विध्वंसक तकनीकी क्रांति नहीं है, ऊर्जा घनत्व में कोई सफलता नहीं है, बल्कि प्रक्रिया प्रौद्योगिकी में एक नवीनता है।
हालाँकि, टेस्ला द्वारा संचालित, नई ऊर्जा बाजार के मौजूदा पैटर्न के लिए, 4680 बैटरियों का उत्पादन मौजूदा बैटरी पैटर्न को बदल देगा।उद्योग अनिवार्य रूप से बड़ी मात्रा वाली बेलनाकार बैटरियों की लहर शुरू कर देगा।
रिपोर्ट्स के मुताबिक, पैनासोनिक ने 2023 की शुरुआत में टेस्ला के लिए 4680 बड़ी क्षमता वाली बैटरियों का बड़े पैमाने पर उत्पादन शुरू करने की योजना बनाई है।नया निवेश 80 बिलियन येन (लगभग US$704 मिलियन) जितना अधिक होगा।सैमसंग एसडीआई और एलजी एनर्जी भी 4680 बैटरी के विकास में शामिल हो गए हैं।
घरेलू स्तर पर, यीवेई लिथियम एनर्जी ने घोषणा की कि उसकी सहायक कंपनी यीवेई पावर जिंगमेन हाई-टेक जोन में यात्री वाहनों के लिए 20GWh बड़ी बेलनाकार बैटरी उत्पादन लाइन बनाने की योजना बना रही है। BAK बैटरी और हनीकॉम्ब एनर्जी भी बड़ी बेलनाकार बैटरी के क्षेत्र में प्रवेश करेंगी। बीएमडब्ल्यू और सीएटीएल भी सक्रिय रूप से बड़ी बेलनाकार बैटरियां तैनात कर रहे हैं, और मूल पैटर्न निर्धारित किया गया है।
बैटरी निर्माताओं का बेलनाकार बैटरी लेआउट
चौथा, इलेक्ट्रोमोटिव बल के पास कहने के लिए कुछ है
बड़ी बेलनाकार बैटरी का संरचनात्मक नवाचार निस्संदेह पावर बैटरी उद्योग के विकास को बढ़ावा देगा। यह 5वीं बैटरी से पहली बैटरी में अपग्रेड करने जितना आसान नहीं है। इसके स्थूल शरीर में बड़े प्रश्न हैं।
बैटरी की कीमत पूरी गाड़ी की कीमत का 40% के करीब है। "हृदय" के रूप में बैटरी का महत्व स्वतः स्पष्ट है।हालाँकि, नई ऊर्जा वाहनों की लोकप्रियता के साथ, बैटरी की मांग दिन-ब-दिन बढ़ रही है, और सामग्रियों की कीमत बढ़ रही है। बैटरियों का आविष्कार कार कंपनियों के विकास का एक महत्वपूर्ण तरीका बन गया है।
बैटरी से संबंधित प्रौद्योगिकियों के विकास के साथ, किफायती इलेक्ट्रिक वाहन बस आने ही वाले हैं!
पोस्ट करने का समय: जून-13-2022