Nuo BYD ašmenų baterijos iki „Honeycomb Energy“ baterijos be kobalto ir CATL eros natrio jonų akumuliatoriaus – maitinimo baterijų pramonė patyrė nuolatinių naujovių. 2020 m. rugsėjo 23 d. – Tesla baterijų diena, Tesla generalinis direktorius Elonas Muskas parodė pasauliui naują bateriją – 4680 bateriją.
Anksčiau cilindrinių ličio baterijų dydžiai daugiausia buvo 18650 ir 21700, o 21700 turėjo 50% daugiau energijos nei 18650.4680 akumuliatoriaus elementų talpa yra penkis kartus didesnė nei 21700 akumuliatoriaus, o naujoji baterija gali sumažinti kilovatvalandės kainą apie 14%, o kreiserinį atstumą padidinti 16%.
Muskas tiesiai šviesiai pareiškė, kad dėl šios baterijos bus galima įsigyti 25 000 USD vertės elektromobilį.
Taigi, iš kur atsirado ši grėsminga baterija?Toliau analizuojame juos po vieną.
1. Kas yra 4680 baterija?
Tesla būdas pavadinti maitinimo baterijas yra labai paprastas ir nesudėtingas.4680 baterija, kaip rodo pavadinimas, yra cilindro formos baterija, kurios vieno elemento skersmuo yra 46 mm, o aukštis - 80 mm.
Trijų skirtingų dydžių ličio jonų cilindrinės baterijos
Kaip matyti iš paveikslėlio, palyginti su originalia Tesla 18650 baterija ir 21700 baterija, 4680 baterija atrodo kaip aukštas ir stiprus žmogus.
Tačiau 4680 baterija nėra tik dydžio pakeitimas, „Tesla“ įdiegė daug naujų technologijų, kad pagerintų našumą.
Antra, nauja 4680 baterijos technologija
1. Ausų dizainas be elektrodų
Intuityviai žiūrint, didžiausias 4680 jausmas yra tai, kad jis yra didesnis.Taigi kodėl kiti gamintojai anksčiau negamino baterijos didesnio?Taip yra todėl, kad kuo didesnis tūris ir energija, tuo sunkiau kontroliuoti šilumą ir tuo didesnė grėsmė saugai dėl degimo ir sprogimo.
Tesla, matyt, į tai taip pat atsižvelgė.
Palyginti su ankstesniu cilindriniu akumuliatoriumi, didžiausia 4680 akumuliatoriaus struktūrinė naujovė yra beelektrodas, dar žinomas kaip pilnas auselė.Tradiciniame cilindriniame akumuliatoriuje teigiama ir neigiama vario folija bei aliuminio folijos separatorius yra sukrauti ir suvynioti. Norint ištraukti elektrodus, prie dviejų varinės folijos ir aliuminio folijos galų privirinama švino viela, vadinama skirtuku.
Tradicinės 1860 baterijos apvijos ilgis yra 800 mm. Kaip pavyzdį imant geresnio laidumo varinę foliją, ąselių, kurios iš varinės folijos išveda elektrą, ilgis yra 800 mm, o tai atitinka srovę, praeinančią per 800 mm ilgio laidą.
Skaičiuojant, varža yra apie 20 mΩ, 2170 akumuliatoriaus apvijos ilgis yra apie 1000 mm, o varža apie 23 mΩ.Galima nesunkiai paversti, kad tokio pat storio plėvelę reikia susukti į 4680 bateriją, o apvijos ilgis apie 3800mm.
Apvijos ilgio padidinimas turi daug trūkumų. Elektronai turi nukeliauti didesnį atstumą, kad pasiektų skirtukus abiejuose akumuliatoriaus galuose, padidės atsparumas ir baterija bus labiau linkusi įkais.Akumuliatoriaus veikimas pablogės ir netgi sukels saugos problemų.Siekiant sutrumpinti elektronų nukeliautą atstumą, 4680 akumuliatoriuje naudojama beelektrodinė ausų technologija.
Beelektrodinis ąselė neturi ąselių, o paverčia visą srovės kolektorių į ąselę, laidumo kelias nebepriklauso nuo ąselės, o srovė iš šoninio perdavimo išilgai ąselės perduodama į kolektoriaus plokštę į išilginį dabartinis kolektorius.
Visas laidus ilgis pasikeitė nuo 800 iki 1000 mm 1860 arba 2170 varinės folijos ilgio iki 80 mm (baterijos aukštis).Atsparumas sumažinamas iki 2 mΩ, o vidinio pasipriešinimo suvartojimas sumažinamas nuo 2 W iki 0,2 W, o tai tiesiogiai sumažinama eilės tvarka.
Ši konstrukcija labai sumažina akumuliatoriaus varžą ir išsprendžia cilindrinio akumuliatoriaus šildymo problemą.
Viena vertus, beelektrodinė ausų technologija padidina srovės laidumo plotą, sutrumpina srovės laidumo atstumą ir labai sumažina vidinę baterijos varžą; vidinės varžos sumažinimas gali sumažinti srovės poslinkio reiškinį ir pailginti baterijos veikimo laiką; atsparumo sumažinimas taip pat gali sumažinti šilumos susidarymą, o elektrodo laidžioji danga Efektyvus kontaktinis plotas tarp sluoksnio ir akumuliatoriaus galinio dangtelio gali siekti 100%, o tai gali pagerinti šilumos išsklaidymo pajėgumą.
4680 akumuliatoriuje įdiegta naujo tipo ausų technologija be elektrodų, atsižvelgiant į ląstelių struktūrą, kuri gali sumažinti išlaidas ir padidinti efektyvumą.Kita vertus, praleidžiamas ąselių suvirinimo procesas, pagerinamas gamybos efektyvumas, o kartu galima sumažinti suvirinimo sukeltą defektų skaičių.
Monopolio ir pilno poliaus struktūros schema
2. Derinama su CTC technologija
Paprastai tariant, kuo didesnis akumuliatoriaus dydis, tuo mažiau akumuliatorių reikia įdėti į tą pačią transporto priemonę.Su 18650 elementų Tesla reikia 7100 elementų.Jei naudojate 4680 baterijų, jums reikia tik 900 baterijų.
Kuo mažiau baterijų, tuo greičiau jas galima surinkti, tuo didesnis efektyvumas, mažesnė problemų tikimybė tarpinėse grandyse ir pigesnė kaina.Tesla teigimu, didelis 4680 gali sumažinti baterijų gamybos kainą 14%.
Siekiant pagerinti akumuliatoriaus energijos tankį, 4680 baterija bus derinama su CTC (Cell to Chassis) technologija.Tai skirta integruoti akumuliatoriaus elementus tiesiai į važiuoklę.Visiškai pašalinus modulius ir akumuliatorių blokus, akumuliatoriaus elementai tampa kompaktiškesni, labai sumažės akumuliatoriaus dalių skaičius, taip pat labai pagerės važiuoklės erdvės išnaudojimas.
CTC kelia tam tikrus akumuliatoriaus konstrukcijos stiprumo reikalavimus. Pati baterija turi atlaikyti daug mechaninio stiprumo. Palyginti su 18650 ir 2170 baterijomis, 4680 viena baterija turi didesnį konstrukcinį stiprumą ir didesnį konstrukcinį stiprumą, o bendra kvadratinio korpuso baterija yra aliuminio korpusas. 4680 korpusas pagamintas iš nerūdijančio plieno ir garantuojamas būdingas konstrukcijos stiprumas.
Palyginti su kvadratinio korpuso akumuliatoriumi, cilindrinės baterijos išdėstymas bus lankstesnis, gali būti pritaikytas prie įvairių skirtingų važiuoklių ir gali būti geriau derinamas su svetaine.
Remiantis „EMF“ atliktais tyrimais ir vertinimu, CTC technologija 2022 m. yra naujų energetinių transporto priemonių blokas, be to, tai yra kelio šakutė.
Akumuliatoriaus integravimas į kėbulą gali labai apsunkinti automobilio priežiūrą, o akumuliatorių sunku pakeisti savarankiškai.Didės aptarnavimo po pardavimo kainos, o šios išlaidos bus tiesiogiai perkeltos vartotojams, pavyzdžiui, draudimo išlaidos.Nors Muskas teigia, kad jie sukūrė remonto bėgius, kuriuos galima nupjauti ir pakeisti, prireiks laiko, kol pamatysite, kaip gerai tai veiks.
Daugelis automobilių gamintojų pasiūlė savo CTC techninius sprendimus, nes jis ne tik pertvarko akumuliatorių, bet ir turi keisti kėbulo struktūrą.Tai susiję su darbo pasidalijimu susijusių pramonės šakų tiekimo grandinėje.
CTC yra tik techninis kelias.Tai integruotas akumuliatoriaus korpusas, nepakitęs išardymas.Yra ir kita technologija – baterijų keitimas.Akumuliatoriaus keitimo technologiją lengva išardyti, tačiau akumuliatorius labai prisideda prie akumuliatoriaus stiprumo.Kaip pasirinkti šiuos du maršrutus – baterijų tiekėjų ir originalios įrangos gamintojų žaidimas.
CTC technologija kartu su 4680 baterija
3. Inovacijos baterijų gamybos procese, katodų ir anodų medžiagose
„Tesla“ naudos sauso akumuliatoriaus elektrodo procesą, užuot naudojęs tirpiklį, nedidelis kiekis (apie 5–8%) smulkiai susmulkinto PTFE rišiklio sumaišomas su teigiamo / neigiamo elektrodo milteliais, praleidžiamas per ekstruderį, kad susidarytų plona elektrodo medžiaga, o tada elektrodo medžiagos juostelė buvo laminuota ant metalinės folijos srovės kolektoriaus, kad būtų suformuotas gatavas elektrodas.
Tokiu būdu pagaminta baterija yra ekologiškesnė.O šis procesas padidins akumuliatoriaus energijos tankį ir 10 kartų sumažins gamybos energijos sąnaudas.Tikėtina, kad sausų elektrodų technologija taps naujos kartos technologiniu etalonu.
Tesla 4680 akumuliatoriaus sauso elektrodo technologija
Kalbant apie katodo medžiagas, Tesla teigė, kad ji taip pat pašalins kobalto elementą katode.Kobaltas yra brangus ir menkas.Jį galima išgauti tik labai keliose pasaulio šalyse arba tokiose nestabiliose Afrikos šalyse kaip Kongas.Jei baterija tikrai gali pašalinti kobalto elementą, galima sakyti, kad tai yra pagrindinė technologinė naujovė.
Kobaltas
Kalbant apie anodo medžiagas, „Tesla“ pradės nuo silicio medžiagų ir naudos daugiau silicio, kad pakeistų šiuo metu naudojamą grafitą.Teorinė specifinė silicio pagrindo neigiamo elektrodo talpa yra net 4200 mAh/g, o tai yra dešimt kartų didesnė nei neigiamo grafito elektrodo.Tačiau silicio pagrindu pagaminti neigiami elektrodai taip pat turi problemų, tokių kaip lengvas silicio tūrio išsiplėtimas, prastas elektros laidumas ir dideli pradiniai įkrovimo-iškrovimo nuostoliai.
Todėl medžiagų eksploatacinių savybių gerinimas iš tikrųjų yra pusiausvyra tarp energijos tankio ir stabilumo, o dabartiniai silicio pagrindu pagaminti anodo gaminiai yra legiruoti siliciu ir grafitu, kad būtų galima naudoti kompozitus.
„Tesla“ planuoja iš esmės pakeisti silicio paviršiaus lankstumą, kad jis mažiau lūžtų – ši technologija ne tik leidžia greičiau įkrauti baterijas, bet ir 20 procentų padidina baterijos veikimo laiką.„Tesla“ pavadino naują medžiagą „Tesla Silicon“, o kaina yra 1,2 USD/KWh, o tai yra tik dešimtoji esamo struktūrinio silicio proceso.
Silicio pagrindu pagaminti anodai yra laikomi naujos kartos ličio baterijų anodo medžiagomis.
Kai kuriuose modeliuose rinkoje pradėtos naudoti silicio pagrindu pagamintos anodinės medžiagos.Tokiuose modeliuose kaip Tesla Model 3 neigiamame elektrode jau yra nedidelis silicio kiekis.Neseniai buvo pristatytas GAC AION LX Plus modelis. Qianli versija aprūpinta kempinės silicio anodo lusto akumuliatoriaus technologija, kuri gali pasiekti 1000 kilometrų baterijos veikimo laiką.
4680 akumuliatoriaus silicio anodas
Apibendrinant 4680 akumuliatoriaus technologijos pranašumus galima pasakyti, kad ji gali pagerinti našumą ir sumažinti išlaidas.
3. Toli siekiantis 4680 baterijų poveikis
4680 baterija nėra ardomoji technologinė revoliucija, ne proveržis energijos tankio srityje, o daugiau proceso technologijos naujovė.
Tačiau Tesla skatinamas, atsižvelgiant į dabartinį naujosios energijos rinkos modelį, 4680 baterijų gamyba pakeis esamą baterijų modelį.Pramonė neišvengiamai sukels didelio tūrio cilindrinių baterijų bangą.
Remiantis pranešimais, „Panasonic“ planuoja 2023 metų pradžioje pradėti masinę 4680 didelės talpos baterijų, skirtų „Tesla“, gamybą.Naujos investicijos sieks net 80 milijardų jenų (apie 704 milijonus JAV dolerių).„Samsung SDI“ ir „LG Energy“ taip pat prisijungė prie 4680 baterijos kūrimo.
Šalies viduje „Yiwei Lithium Energy“ paskelbė, kad jos dukterinė įmonė „Yiwei Power“ planuoja pastatyti 20 GWh didelės cilindrinės formos akumuliatorių gamybos liniją keleiviniams automobiliams Jingmen aukštųjų technologijų zonoje. BAK Battery ir Honeycomb Energy taip pat pateks į didelių cilindrinių baterijų sritį. BMW ir CATL taip pat aktyviai diegia didelius cilindrinius akumuliatorius, o pagrindinis modelis buvo nustatytas.
Akumuliatorių gamintojų cilindrinis akumuliatoriaus išdėstymas
Ketvirta, elektrovaros jėga turi ką pasakyti
Didelės cilindrinės baterijos struktūrinės naujovės neabejotinai paskatins energijos baterijų pramonės plėtrą. Tai nėra taip paprasta, kaip tiesiog atnaujinti iš 5-osios baterijos į 1-ąją. Jo riebus kūnas turi didelių klausimų.
Akumuliatoriaus kaina yra beveik 40% visos transporto priemonės kainos. Akumuliatoriaus, kaip „širdies“, svarba yra savaime suprantama.Tačiau populiarėjant naujoms energetinėms transporto priemonėms, baterijų paklausa kasdien auga, o medžiagų kainos auga. Akumuliatorių inovacijos tapo svarbiu būdu automobilių kompanijoms tobulėti.
Tobulėjant su baterijomis susijusioms technologijoms, prieinamos elektrinės transporto priemonės yra visai šalia!
Paskelbimo laikas: 2022-06-13