BYD линиясынын батарейкасынан баштап, Honeycomb Energy компаниясынын кобальтсыз аккумуляторуна, андан кийин CATL доорундагы натрий-иондук батарейкасына чейин, энергетикалык батарея тармагы үзгүлтүксүз инновацияларды башынан өткөрдү. 23-сентябрь, 2020-жыл - Tesla батареясынын күнү, Tesla компаниясынын башкы директору Илон Маск дүйнөгө жаңы батарейканы – 4680 батареясын көрсөттү.
Мурда цилиндрдик литий батарейкалардын өлчөмдөрү негизинен 18650 жана 21700 болгон, ал эми 21700 18650гө караганда 50% көбүрөөк энергияга ээ болгон.4680 аккумулятору 21700 батареясынан беш эсе көп клетка сыйымдуулугуна ээ жана жаңы аккумулятор бир киловатт-сааттын наркын болжол менен 14% га төмөндөтүп, круиздик диапазонду 16% га жогорулата алат.
Маск бул аккумулятордун баасы 25 000 долларлык электр унаасын жасоого мүмкүндүк берерин ачык айтты.
Демек, бул коркунучтуу батарея кайдан пайда болгон?Андан кийин, биз аларды бир-бирден талдайбыз.
1. 4680 батарея деген эмне?
Тесланын кубаттуу батареяларды атоо ыкмасы абдан жөнөкөй жана түшүнүктүү.4680 батарейкасы, аты айтып тургандай, бир клетканын диаметри 46 мм жана бийиктиги 80 мм болгон цилиндрдик батарейка.
Үч түрдүү өлчөмдөгү литий-иондук цилиндрдик батареялар
Сүрөттөн көрүнүп тургандай, Тесланын оригиналдуу 18650 аккумулятору жана 21700 батареясына салыштырмалуу 4680 батареясы узун бойлуу жана күчтүү кишиге окшош.
Бирок 4680 батарейкасы жөн гана өлчөмүн өзгөртүү эмес, Tesla өндүрүмдүүлүгүн жакшыртуу үчүн көптөгөн жаңы технологияларды киргизген.
Экинчиден, 4680 батареянын жаңы технологиясы
1. Электродсуз кулактын дизайны
Интуитивдик жактан алганда, 4680дин эң чоң сезими - бул чоңураак.Анда эмне үчүн башка өндүрүүчүлөр мурда аккумуляторду чоңойтушкан эмес.Себеби, көлөм канчалык чоң жана энергия ошончолук жогору болсо, жылуулукту көзөмөлдөө кыйыныраак жана күйүү жана жарылуу коопсуздук коркунучу ошончолук чоң болот.
Тесла муну да эске алды окшойт.
Мурунку цилиндрдик аккумулятор менен салыштырганда, 4680 аккумуляторунун эң чоң структуралык инновациясы - бул электродсуз тиш, аны толук тиш деп да аташат.Салттуу цилиндрдик аккумулятордо оң жана терс жез фольгалары жана алюминий фольга бөлгүчтөр тизилип, оролгон. Электроддорду чыгаруу үчүн жез фольга менен алюминий фольгасынын эки учуна тилке деп аталган коргошун зым ширетилген.
Салттуу 1860 батареянын орогуч узундугу 800 мм. Мисал катары өткөргүчтүгү жакшыраак жез фольганы алсак, жез фольгадан электр энергиясын алып чыгуу үчүн тилкелердин узундугу 800 мм, бул 800 мм узундуктагы зым аркылуу өткөн токко барабар.
Эсептөө боюнча, каршылык болжол менен 20мΩ, 2170 батареянын орогуч узундугу болжол менен 1000мм, ал эми каршылык болжол менен 23mΩ.Аны оңой эле айландырса болот, ошол эле калыңдыктагы пленканы 4680 батарейкага жылдыруу керек, ал эми ороонун узундугу болжол менен 3800 мм.
Оромдун узундугун көбөйтүүнүн көптөгөн кемчиликтери бар. Батареянын эки учундагы тилкелерге жетүү үчүн электрондор узак аралыкты басып өтүшү керек, каршылык күчөйт жана батарея ысып кетет.Батареянын иштеши начарлап, ал тургай коопсуздук маселелерин жаратат.Электрондор басып өткөн аралыкты кыскартуу үчүн 4680 батареясы электродсуз кулак технологиясын колдонот.
Электродсуз тилкеде тилкелер жок, бирок бүтүндөй ток коллекторун тилкеге айландырат, өткөргүч жолу мындан ары тилкеден көз каранды болбой калат, ал эми ток вентилятор боюнча каптал өткөргүчтөн коллектордук пластинкага узунунан өткөргүчкө өтөт. учурдагы коллектор.
Бүт өткөргүч узундугу 800 1000мм 1860 же 2170 жез фольга узундугу 80мм чейин өзгөрдү (батареянын бийиктиги).Каршылык 2mΩ чейин кыскарган, ал эми ички каршылык керектөө 2W 0,2W чейин кыскарган, бул түздөн-түз чоңдуктун тартиби менен кыскарган.
Бул дизайн абдан батареянын импедансын азайтат жана цилиндрдик батареянын жылытуу маселесин чечет.
Бир жагынан алганда, electrodeless кулак технологиясы учурдагы өткөрүү аянтын көбөйтөт, учурдагы өткөрүү аралыкты кыскартат, жана абдан батареянын ички каршылыгын азайтат; ички каршылыктын кыскарышы учурдагы офсеттик көрүнүштү азайтып, батареянын иштөө мөөнөтүн узартат; каршылыктын азайышы жылуулуктун көбөйүшүн жана электродду өткөрүүчү каптоо катмарын жана батареянын аягы капкагын ортосундагы эффективдүү контакт аянты 100% га жетиши мүмкүн, бул жылуулук таркатуучу кубаттуулукту жакшыртат.
4680 батарейкасы клетканын түзүлүшү жагынан электродсуз кулак технологиясынын жаңы түрүн кабыл алат, бул чыгымдарды азайтып, натыйжалуулукту жогорулатат.Башка жагынан алып караганда, тилкелерди ширетүү жараяны алынып салынат, өндүрүштүн натыйжалуулугу жакшыртылып, ширетүүдөн келип чыккан кемчиликтер бир эле учурда азайтылышы мүмкүн.
Монополдук жана толук уюлдук түзүлүштүн схемалык схемасы
2. CTC технологиясы менен айкалышкан
Жалпысынан алганда, батарейканын көлөмү канчалык чоң болсо, бир эле унаага ошончолук азыраак батарейка орнотулушу керек.18650 клеткасы бар Теслага 7100 клетка керек.Эгер сиз 4680 батареяны колдонсоңуз, сизге 900 гана батарейка керек.
Батареялар канчалык аз болсо, алар ошончолук тезирээк жыйналат, эффективдүүлүк ошончолук жогору, аралык байланыштардагы көйгөйлөрдүн азыраак ыктымалдыгы жана баасы арзан болот.Тесланын айтымында, чоң 4680 батарейкалардын өндүрүштүк баасын 14% га төмөндөтө алат.
Батарея пакетинин энергия тыгыздыгын жакшыртуу максатында, 4680 батареясы CTC (Cell to Chassis) технологиясы менен айкалышат.Бул түздөн-түз шассиге батареянын клеткаларын бириктирүү болуп саналат.Модулдарды жана батарейка топтомдорун толугу менен алып салуу менен, батареянын клеткалары компакттуу болуп, батареянын бөлүктөрүнүн саны бир топ кыскарат жана шассидин мейкиндикти пайдалануу дагы бир топ жакшырат.
CTC батареянын структуралык бекемдигине белгилүү бир талаптарга ээ. Батарейканын өзү көп механикалык күчкө ээ болушу керек. 18650 жана 2170 батарейкалары менен салыштырганда, 4680 жалгыз батарейка чоң структуралык күчкө жана жогорку структуралык күчкө ээ, ал эми жалпы чарчы кабык батареясы алюминий кабыгы болуп саналат. 4680 кабыгы дат баспас болоттон жасалган жана мүнөздүү структуралык бекемдикке кепилдик берилет.
чарчы кабык батарея менен салыштырганда, цилиндрдик батареянын макети ийкемдүү болот, ар кандай шассилердин ар кандай ылайыкташа алат, жана жакшы сайт менен айкалыштырылышы мүмкүн.
"EMF" изилдөөсү жана өкүмү боюнча, CTC технологиясы 2022-жылы жаңы энергетикалык унаалардын фурасы, ошондой эле жолдогу айры болуп саналат.
Батареяны корпуска интеграциялоо унааны тейлөөнү өтө татаалдаштырат жана батареяны өз алдынча алмаштыруу кыйын.Сатуудан кийинки кызматтардын баалары жогорулайт жана бул чыгымдар түздөн-түз керектөөчүлөргө, мисалы, камсыздандыруу чыгымдарына өтөт.Маск алар кесилип, алмаштырыла турган оңдоо рельстерин ойлоп табышканын ырастаганы менен, анын канчалык жакшы иштей турганын көрүү үчүн убакыт талап кылынат.
Көптөгөн унаа компаниялары өздөрүнүн CTC техникалык чечимдерин сунушташкан, анткени ал аккумуляторду кайра иретке келтирбестен, дене түзүлүшүн да өзгөртүүгө муктаж.Бул тектеш тар-мактарды жабдуу чынжырында эмгекти кайра белуштурууге байланыштуу.
CTC жөн гана техникалык жол.Бул аккумулятордун корпусу бириктирилген, өзгөрүлбөгөн демонтаж.Анын алдында дагы бир технология бар - батареяны алмаштыруу.Батареяны алмаштыруу технологиясын демонтаждоо оңой, бирок батарейка батареянын кубаттуулугуна чоң салым кошот.Бул эки жолду кантип тандоо керек, бул батарея берүүчүлөр менен OEMдердин ортосундагы оюн.
CTC технологиясы 4680 батарейка менен айкалышкан
3. Батарея өндүрүш процессиндеги инновациялар, катоддук жана аноддук материалдар
Tesla кургак аккумулятордук электрод процессин колдонот, эриткичти колдонуунун ордуна, майда порошок PTFE бириктиргичинин бир аз өлчөмү (болжол менен 5-8%) оң/терс электрод порошок менен аралаштырылып, экструдер аркылуу жука тилке пайда болот. электрод материалы, андан кийин электрод материалынын тилкеси даяр электродду түзүү үчүн металл фольга ток коллекторуна ламинатталган.
Ушундай жол менен өндүрүлгөн батарейка экологиялык жактан таза.Ал эми бул процесс аккумулятордун энергиянын тыгыздыгын жогорулатып, өндүрүштүн энергия керектөөсүн 10 эсеге азайтат.Кургак электрод технологиясы кийинки муун үчүн технологиялык эталон болуп калышы ыктымал.
Tesla 4680 батареянын кургак электрод технологиясы
Катод материалдарына келсек, Тесла катоддогу кобальт элементин да жок кыларын айтты.Кобальт кымбат жана аз.Аны дүйнөнүн аз гана өлкөлөрүндө же Конго сыяктуу туруксуз африкалык өлкөлөрдө гана казып алууга болот.Эгерде аккумулятор чындап кобальт элементин алып салса, анда бул ири технологиялык жаңылык деп айтууга болот.
Кобальт
Анод материалдарына келсек, Тесла кремний материалдарынан башталып, учурда колдонулуп жаткан графиттин ордуна кремнийди көбүрөөк колдонот.Кремний негизиндеги терс электроддун теориялык өзгөчө кубаттуулугу 4200мАч/гга жетет, бул графит терс электроддукунан он эсе жогору.Бирок, кремний негизиндеги терс электроддор да кремнийдин жеңил көлөмүн кеңейтүү, начар электр өткөрүмдүүлүк жана чоң баштапкы заряд-разряд жоготуу сыяктуу көйгөйлөргө ээ.
Ошондуктан, материалдардын натыйжалуулугун жогорулатуу чындыгында энергия тыгыздыгы жана туруктуулуктун ортосундагы балансты табуу үчүн болуп саналат, жана азыркы кремний негизделген анод продуктылар курамдуу колдонуу үчүн кремний жана графит менен кошулган.
Тесла кремний бетинин ийкемдүүлүгүн түп-тамырынан бери өзгөртүүнү пландап жатат, бул технология батареяларды тезирээк кубаттоого гана эмес, ошондой эле батареянын иштөө мөөнөтүн 20 пайызга узартууга мүмкүндүк берет.Тесла жаңы материалды "Tesla Silicon" деп атады жана баасы 1,2 доллар/кВт саатты түзөт, бул учурдагы структураланган кремний процессинин ондон бир бөлүгүн түзөт.
Кремний негизиндеги аноддор кийинки муундагы литий батареясынын анод материалдары катары каралат.
Рынокто бир нече моделдер кремний негизиндеги анод материалдарын колдоно баштады.Tesla Model 3 сыяктуу моделдер терс электроддо аз өлчөмдө кремнийди камтыйт.Жакында, GAC AION LX Plus модели ишке киргизилген. Qianli версиясы 1000 километр батареянын иштөө мөөнөтүн камсыз кыла турган губка кремний аноддук чип батареясынын технологиясы менен жабдылган.
4680 батареянын кремний аноду
4680 батарейка технологиясынын артыкчылыктарын жыйынтыктап айтканда, ал чыгымдарды азайтып, иштөөсүн жакшыртат.
3. 4680 батарейканын кеңири таасири
4680 батарейкасы диверсиялык технологиялык революция эмес, энергиянын тыгыздыгынын ачылышы эмес, процесс технологиясындагы жаңычылдык.
Бирок, Tesla менен шартталган, жаңы энергетика рыногунун учурдагы үлгүсү үчүн, 4680 батарейканы өндүрүү учурдагы батареянын үлгүсүн өзгөртөт.Өнөр жай чоң көлөмдөгү цилиндрдик аккумуляторлордун толкунун сөзсүз ишке киргизет.
Маалыматтарга караганда, Panasonic 2023-жылдын башында Tesla үчүн 4680 чоң кубаттуулуктагы аккумуляторлорду массалык түрдө чыгарууну пландап жатат.Жаңы инвестиция 80 миллиард иенди (болжол менен 704 миллион АКШ доллары) түзөт.Samsung SDI жана LG Energy да 4680 батареясын иштеп чыгууга кошулду.
Ата мекендик Yiwei Lithium Energy анын туунду компаниясы Yiwei Power Цзинмен жогорку технологиялуу аймагында жүргүнчүлөрдү ташуучу унаалар үчүн 20GWh чоң цилиндрдик аккумулятор өндүрүү линиясын курууну пландап жатканын жарыялады. BAK Battery жана Honeycomb Energy да чоң цилиндрдик батареялар тармагына кирет. BMW жана CATL да жигердүү ири цилиндрдик батарейкаларды жайгаштыруу, жана негизги үлгүсү аныкталган.
Батарея өндүрүүчүлөрдүн цилиндрдик аккумулятордук схемасы
Төртүнчүдөн, электр кыймылдаткыч күчүн айта турган нерсе бар
Ири цилиндрдик аккумулятордун структуралык инновациясы электрдик аккумулятор тармагынын өнүгүшүнө өбөлгө түзөрү шексиз. Бул жөн эле 5-батареядан 1-батареяга жаңыртуу сыяктуу жөнөкөй эмес. Анын майлуу денесинде чоң суроолор бар.
Аккумулятордун баасы бардык унаанын наркынын 40% жакынын түзөт. Батареянын "жүрөк" катары маанилүүлүгү өзүнөн-өзү түшүнүктүү.Бирок, жаңы энергетикалык унаалардын популярдуулугу менен, батарейкаларга суроо-талап күндөн-күнгө өсүп, материалдардын баасы өсүп жатат. Батареялардын инновациялары автомобиль компаниялары үчүн өнүгүүнүн маанилүү жолу болуп калды.
Батареяга байланыштуу технологиялардын өнүгүшү менен, арзан электр унаалары жакындап калды!
Посттун убактысы: 13-июнь-2022