De la bateria cu lamă a lui BYD, la bateria fără cobalt de la Honeycomb Energy și apoi la bateria cu ioni de sodiu din era CATL, industria bateriilor de putere a experimentat inovații continue. 23 septembrie 2020 - Tesla Battery Day, CEO-ul Tesla Elon Musk a arătat lumii o nouă baterie - bateria 4680.
Anterior, dimensiunile bateriilor cilindrice cu litiu erau în principal 18650 și 21700, iar 21700 aveau cu 50% mai multă energie decât 18650.Bateria 4680 are o capacitate de cinci ori mai mare decât cea a bateriei 21700, iar noua baterie poate reduce costul pe kilowatt-oră cu aproximativ 14% și poate crește intervalul de croazieră cu 16%.
Musk a declarat direct că această baterie va face posibilă o mașină electrică de 25.000 de dolari.
Deci, de unde a venit această baterie amenințătoare?În continuare, le analizăm unul câte unul.
1. Ce este o baterie 4680?
Modul Tesla de a numi bateriile de putere este foarte simplu și direct.Bateria 4680, după cum sugerează și numele, este o baterie cilindrică cu un diametru al unei singure celule de 46 mm și o înălțime de 80 mm.
Trei dimensiuni diferite de baterii cilindrice litiu-ion
După cum se vede din imagine, în comparație cu bateria originală Tesla 18650 și bateria 21700, bateria 4680 arată ca un om înalt și puternic.
Dar bateria 4680 nu este doar o schimbare de dimensiune, Tesla a încorporat o mulțime de tehnologii noi pentru a îmbunătăți performanța.
În al doilea rând, noua tehnologie a bateriei 4680
1. Design urechi fără electrozi
Intuitiv, cel mai mare sentiment al modelului 4680 este că este mai mare.Deci, de ce alți producători nu au făcut bateria mai mare în trecut.Acest lucru se datorează faptului că, cu cât volumul este mai mare și cu atât energia este mai mare, căldura este mai greu de controlat și cu atât este mai mare pericolul pentru siguranța arsurilor și exploziei.
Se pare că Tesla a luat în considerare și acest lucru.
Comparativ cu bateria cilindrica anterioară, cea mai mare inovație structurală a bateriei 4680 este urechea fără electrod, cunoscută și sub denumirea de ureche completă.Într-o baterie cilindrică tradițională, foliile de cupru pozitive și negative și separatorul de folie de aluminiu sunt stivuite și înfășurate. Pentru a extrage electrozii, un fir de plumb numit tablă este sudat la cele două capete ale foliei de cupru și ale foliei de aluminiu.
Lungimea de înfășurare a unei baterii tradiționale 1860 este de 800 mm. Luând ca exemplu folia de cupru cu o conductivitate mai bună, lungimea urechilor care conduc electricitatea din folia de cupru este de 800 mm, ceea ce este echivalent cu curentul care trece prin firul lung de 800 mm.
Prin calcul, rezistența este de aproximativ 20 mΩ, lungimea înfășurării bateriei 2170 este de aproximativ 1000 mm, iar rezistența este de aproximativ 23 mΩ.Se poate converti cu ușurință că filmul de aceeași grosime trebuie să fie rulat într-o baterie 4680, iar lungimea înfășurării este de aproximativ 3800 mm.
Există multe dezavantaje la creșterea lungimii înfășurării. Electronii trebuie să parcurgă o distanță mai mare pentru a ajunge la urechile de la ambele capete ale bateriei, rezistența va crește, iar bateria va fi mai predispusă la încălzire.Performanța bateriei se va degrada și chiar va crea probleme de siguranță.Pentru a scurta distanța parcursă de electroni, bateria 4680 folosește tehnologia urechii fără electrozi.
Urechea fără electrod nu are urechi, dar transformă întregul colector de curent într-o tablă, calea conductivă nu mai depinde de filă, iar curentul este transferat de la transmisia laterală de-a lungul urechii la placa colector la transmisia longitudinală a colectorul de curent.
Întreaga lungime conductivă s-a schimbat de la 800 la 1000 mm din lungimea foliei de cupru 1860 sau 2170 la 80 mm (înălțimea bateriei).Rezistența este redusă la 2mΩ, iar consumul de rezistență intern este redus de la 2W la 0,2W, care este redus direct cu un ordin de mărime.
Acest design reduce foarte mult impedanța bateriei și rezolvă problema de încălzire a bateriei cilindrice.
Pe de o parte, tehnologia urechii fără electrod mărește aria de conducere a curentului, scurtează distanța de conducere a curentului și reduce foarte mult rezistența internă a bateriei; reducerea rezistenței interne poate reduce fenomenul de compensare a curentului și poate prelungi durata de viață a bateriei; reducerea rezistenței poate reduce, de asemenea, generarea de căldură, iar învelișul conductiv al electrodului Zona de contact efectivă dintre strat și capacul bateriei poate ajunge la 100%, ceea ce poate îmbunătăți capacitatea de disipare a căldurii.
Bateria 4680 adoptă un nou tip de tehnologie a urechii fără electrozi în ceea ce privește structura celulei, care poate reduce costurile și poate crește eficiența.Pe de altă parte, procesul de sudare a filelor este omis, eficiența producției este îmbunătățită, iar rata defectelor cauzate de sudare poate fi redusă în același timp.
Schema schematică a structurii monopolului și polilor întregi
2. Combinat cu tehnologia CTC
În general, cu cât dimensiunea bateriei este mai mare, cu atât mai puține baterii trebuie instalate în același vehicul.Cu 18650 de celule, un Tesla are nevoie de 7100 de celule.Dacă folosești 4680 de baterii, ai nevoie doar de 900 de baterii.
Cu cât bateriile sunt mai puține, cu atât pot fi asamblate mai repede, cu atât eficiența este mai mare, șansele mai mici de probleme la legăturile intermediare și prețul este mai ieftin.Potrivit Tesla, marele 4680 poate reduce prețul de producție al bateriilor cu 14%.
Pentru a îmbunătăți densitatea de energie a acumulatorului, bateria 4680 va fi combinată cu tehnologia CTC (Cell to Chassis).Este de a integra celulele bateriei direct în șasiu.Prin îndepărtarea completă a modulelor și a pachetelor de baterii, celulele bateriei devin mai compacte, numărul de piese ale bateriei va fi mult redus, iar utilizarea spațiului șasiului va fi, de asemenea, mult îmbunătățită.
CTC are anumite cerințe privind rezistența structurală a bateriei. Bateria în sine trebuie să suporte o mare rezistență mecanică. În comparație cu bateriile 18650 și 2170, bateria unică 4680 are o rezistență structurală mai mare și o rezistență structurală mai mare, iar bateria generală cu carcasă pătrată este o carcasă din aluminiu. Carcasa 4680 este realizată din oțel inoxidabil, iar rezistența structurală inerentă este garantată.
În comparație cu bateria cu carcasă pătrată, aspectul bateriei cilindrice va fi mai flexibil, se poate adapta la o varietate de șasiuri diferite și poate fi combinat mai bine cu site-ul.
Conform cercetării și judecății „EMF”, tehnologia CTC este tuyera vehiculelor cu energie nouă în 2022 și este, de asemenea, o bifurcație în drum.
Integrarea bateriei în caroserie poate face extrem de complicată întreținerea vehiculului, iar bateria este dificil de înlocuit independent.Prețurile serviciilor post-vânzare vor crește, iar aceste costuri vor fi transferate direct consumatorilor, cum ar fi costurile asigurărilor.Deși Musk susține că a proiectat șine de reparație care pot fi tăiate și înlocuite, va dura timp pentru a vedea cât de bine va funcționa.
Multe companii auto și-au propus propriile soluții tehnice CTC, deoarece nu numai că rearanjează bateria, ci trebuie și să schimbe structura caroseriei.Acest lucru este legat de rediviziunea muncii în lanțul de aprovizionare al industriilor conexe.
CTC este doar o cale tehnică.Este un corp de baterie integrat, dezasamblat neschimbat.În fața ei există o altă tehnologie - schimbarea bateriei.Tehnologia de schimbare a bateriei este ușor de dezasamblat, dar bateria are o contribuție deosebită la puterea bateriei.Cum să alegi aceste două rute este un joc între furnizorii de baterii și OEM.
Tehnologia CTC combinată cu baterie 4680
3. Inovație în procesul de producție a bateriilor, materialelor catodice și anodice
Tesla va folosi procesul de electrod uscat al bateriei, în loc să folosească un solvent, o cantitate mică (aproximativ 5-8%) dintr-un liant PTFE sub formă de pulbere este amestecată cu pulbere de electrod pozitiv/negativ, trecută printr-un extruder pentru a forma o bandă subțire de materialul electrodului, apoi O bandă de material electrod a fost laminată la un colector de curent din folie metalică pentru a forma electrodul finit.
Bateria produsă în acest fel este mai ecologică.Și acest proces va crește densitatea de energie a bateriei și va reduce consumul de energie al producției de 10 ori.Este posibil ca tehnologia cu electrozi uscati să devină reperul tehnologic pentru următoarea generație.
Tehnologia cu electrod uscat al bateriei Tesla 4680
În ceea ce privește materialele catodice, Tesla a spus că va elimina și elementul de cobalt din catod.Cobaltul este scump și rar.Poate fi extras doar în foarte puține țări din lume sau în țări africane instabile precum Congo.Dacă bateria poate elimina cu adevărat elementul de cobalt, se poate spune că este o inovație tehnologică majoră.
Cobalt
În ceea ce privește materialele anodice, Tesla va începe cu materiale de siliciu și va folosi mai mult siliciu pentru a înlocui grafitul utilizat în prezent.Capacitatea specifică teoretică a electrodului negativ pe bază de siliciu este de până la 4200mAh/g, care este de zece ori mai mare decât cea a electrodului negativ din grafit.Cu toate acestea, electrozii negativi pe bază de siliciu au, de asemenea, probleme precum extinderea ușoară a volumului siliciului, conductivitate electrică slabă și pierderi mari de încărcare-descărcare inițială.
Prin urmare, îmbunătățirea performanței materialelor este de fapt de a găsi un echilibru între densitatea energetică și stabilitate, iar produsele anodice actuale pe bază de siliciu sunt dopate cu siliciu și grafit pentru utilizarea compozitelor.
Tesla intenționează să schimbe în mod fundamental maleabilitatea suprafeței de siliciu pentru a o face mai puțin predispusă la rupere, o tehnologie care nu numai că permite bateriilor să se încarce mai repede, ci și crește durata de viață a bateriei cu 20%.Tesla a numit noul material „Tesla Silicon”, iar costul este de 1,2 USD/KWh, ceea ce reprezintă doar o zecime din procesul de siliciu structurat existent.
Anozii pe bază de siliciu sunt considerați materiale pentru anozi pentru bateriile cu litiu de ultimă generație.
Câteva modele de pe piață au început să folosească materiale anodice pe bază de siliciu.Modele precum Tesla Model 3 încorporează deja cantități mici de siliciu în electrodul negativ.Recent, a fost lansat modelul GAC AION LX Plus. Versiunea Qianli este echipată cu tehnologia bateriei cu cip cu anod din silicon burete, care poate atinge 1.000 de kilometri de viață a bateriei.
baterie 4680 anod silicon
Pentru a rezuma avantajele tehnologiei bateriei 4680 este că poate îmbunătăți performanța, reducând în același timp costurile.
3. Impactul de anvergură al bateriilor 4680
Bateria 4680 nu este o revoluție tehnologică subversivă, nu o descoperire în densitatea energiei, ci mai mult o inovație în tehnologia proceselor.
Cu toate acestea, condusă de Tesla, pentru modelul actual al noii piețe de energie, producția de 4680 de baterii va schimba modelul existent al bateriilor.Industria va declanșa inevitabil un val de baterii cilindrice de mare volum.
Potrivit rapoartelor, Panasonic intenționează să înceapă producția în masă a 4680 de baterii de mare capacitate pentru Tesla la începutul anului 2023.Noua investiție va ajunge până la 80 de miliarde de yeni (aproximativ 704 milioane USD).Samsung SDI și LG Energy s-au alăturat, de asemenea, dezvoltării bateriei 4680.
Pe plan intern, Yiwei Lithium Energy a anunțat că filiala sa Yiwei Power intenționează să construiască o linie mare de producție de baterii cilindrice de 20 GWh pentru vehicule de pasageri în zona Jingmen High-Tech. BAK Battery și Honeycomb Energy vor intra și în domeniul bateriilor cilindrice mari. De asemenea, BMW și CATL folosesc în mod activ baterii cilindrice mari, iar modelul de bază a fost determinat.
Dispunerea bateriei cilindrice a producătorilor de baterii
În al patrulea rând, forța electromotoare are ceva de spus
Inovația structurală a bateriei mari cilindrice va promova, fără îndoială, dezvoltarea industriei bateriilor de putere. Nu este la fel de simplu ca să faci upgrade de la a 5-a baterie la prima. Corpul său gras are întrebări grozave.
Costul bateriei este aproape de 40% din costul întregului vehicul. Importanța bateriei ca „inimă” este de la sine înțeleasă.Cu toate acestea, odată cu popularitatea vehiculelor cu energie noi, cererea de baterii crește pe zi ce trece, iar prețul materialelor crește. Inovarea bateriilor a devenit o modalitate importantă de dezvoltare pentru companiile auto.
Odată cu dezvoltarea tehnologiilor legate de baterii, vehiculele electrice la prețuri accesibile sunt chiar după colț!
Ora postării: 13-jun-2022