Од БИД-ове лопатичне батерије, до Хонеицомб Енерги-ове батерије без кобалта, а затим до натријум-јонске батерије из ЦАТЛ ере, индустрија електричних батерија је искусила сталне иновације. 23. септембра 2020. - Дан батерије Тесле, извршни директор Тесле Елон Муск показао је свету нову батерију - батерију 4680.
Раније су величине цилиндричних литијумских батерија биле углавном 18650 и 21700, а 21700 је имало 50% више енергије од 18650.Батерија 4680 има пет пута већи капацитет ћелије од батерије 21700, а нова батерија може смањити цену по киловат-сату за око 14% и повећати домет крстарења за 16%.
Муск је отворено рекао да ће ова батерија омогућити електрични аутомобил од 25.000 долара.
Дакле, одакле је дошла ова претећа батерија?Затим их анализирамо један по један.
1. Шта је 4680 батерија?
Теслин начин именовања енергетских батерија је веома једноставан и јасан.Батерија 4680, као што име каже, је цилиндрична батерија са пречником једне ћелије од 46 мм и висином од 80 мм.
Три различите величине литијум-јонских цилиндричних батерија
Као што се може видети са слике, у поређењу са Теслином оригиналном батеријом 18650 и батеријом 21700, батерија 4680 изгледа као висок и снажан човек.
Али батерија 4680 није само промена величине, Тесла је уградио много нових технологија за побољшање перформанси.
Друго, нова технологија 4680 батерије
1. Дизајн уха без електрода
Интуитивно, највећи осећај код модела 4680 је да је већи.Па зашто други произвођачи раније нису направили батерију већу.То је зато што је већа запремина и већа енергија, топлоту је теже контролисати и већа је опасност од горења и експлозије.
Тесла је очигледно и ово узео у обзир.
У поређењу са претходном цилиндричном батеријом, највећа структурна иновација батерије 4680 је уметак без електрода, такође познат као пун уметак.У традиционалној цилиндричној батерији, позитивна и негативна бакарна фолија и сепаратор алуминијумске фолије су наслагани и намотани. Да би се извукле електроде, оловна жица која се зове језичак заварена је на два краја бакарне фолије и алуминијумске фолије.
Дужина намотаја традиционалне батерије 1860 је 800 мм. Узимајући за пример бакарну фолију са бољом проводљивошћу, дужина језичака за одвођење струје из бакарне фолије је 800 мм, што је еквивалентно струји која пролази кроз жицу дужине 800 мм.
Према прорачуну, отпор је око 20мΩ, дужина намотаја батерије 2170 је око 1000мм, а отпор је око 23мΩ.Лако се може конвертовати да је филм исте дебљине потребно умотати у батерију 4680, а дужина намотаја је око 3800мм.
Постоји много недостатака за повећање дужине намотаја. Електрони треба да путују већу удаљеност да би стигли до језичака на оба краја батерије, отпор ће се повећати, а батерија ће бити склонија топлоти.Перформансе батерије ће се погоршати, па чак и створити безбедносне проблеме.Да би се скратила удаљеност коју путују електрони, батерија 4680 користи технологију уха без електрода.
Језичак без електроде нема језичке, већ претвара цео колектор струје у језичак, проводни пут више не зависи од језичка, а струја се преноси од бочног преноса дуж језичка на колекторску плочу до уздужног преноса струјни колектор.
Целокупна проводна дужина се променила са 800 на 1000 мм дужине бакарне фолије 1860 или 2170 на 80 мм (висина батерије).Отпор је смањен на 2мΩ, а потрошња унутрашњег отпора је смањена са 2В на 0,2В, што је директно смањено за ред величине.
Овај дизајн у великој мери смањује импеданцију батерије и решава проблем загревања цилиндричне батерије.
С једне стране, технологија уха без електрода повећава област проводљивости струје, скраћује удаљеност проводљивости струје и у великој мери смањује унутрашњи отпор батерије; смањење унутрашњег отпора може смањити појаву тренутног оффсета и продужити век трајања батерије; смањење отпора такође може смањити стварање топлоте, а проводни премаз електроде. Ефективна површина контакта између слоја и крајњег поклопца батерије може да достигне 100%, што може побољшати капацитет одвођења топлоте.
Батерија 4680 усваја нови тип технологије за уши без електрода у погледу структуре ћелије, што може смањити трошкове и повећати ефикасност.Са друге стране, процес заваривања језичака је изостављен, ефикасност производње је побољшана, а стопа дефекта узрокована заваривањем може се истовремено смањити.
Шематски дијаграм монополне и пунополне структуре
2. У комбинацији са ЦТЦ технологијом
Уопштено говорећи, што је батерија већа, то је мање батерија потребно уградити у исто возило.Са 18650 ћелија, Тесли је потребно 7100 ћелија.Ако користите 4680 батерија, потребно вам је само 900 батерија.
Што је мање батерија, то се брже могу саставити, већа је ефикасност, мање су шансе за проблеме у међулинковима, а цена је нижа.Према Теслиним речима, велики 4680 може да смањи производну цену батерија за 14%.
Да би се побољшала густина енергије батерије, батерија 4680 ће бити комбинована са ЦТЦ (Целл то Цхассис) технологијом.То је да се ћелије батерије интегришу директно у шасију.Потпуним уклањањем модула и батеријских пакета, ћелије батерије постају компактније, број делова батерије ће се знатно смањити, а искоришћеност простора шасије ће такође бити знатно побољшана.
ЦТЦ има одређене захтеве за структурну чврстоћу батерије. Сама батерија мора да издржи велику механичку снагу. У поређењу са батеријама 18650 и 2170, појединачна батерија 4680 има већу структурну чврстоћу и већу структурну чврстоћу, а општа четвртаста батерија је алуминијумска шкољка. Кућиште 4680 је направљено од нерђајућег челика, а инхерентна структурна чврстоћа је загарантована.
У поређењу са квадратном батеријом, распоред цилиндричне батерије ће бити флексибилнији, може се прилагодити различитим шасијама и може се боље комбиновати са локацијом.
Према истраживању и процени „ЕМФ-а“, ЦТЦ технологија је жичара нових енергетских возила у 2022. години, а такође је и рачва на путу.
Интеграција батерије у каросерију може учинити одржавање возила изузетно компликованим, а батерију је тешко заменити самостално.Цене услуга након продаје ће порасти, а ови трошкови ће се директно пренети на потрошаче, као што су трошкови осигурања.Иако Муск тврди да су дизајнирали шине за поправку које се могу исећи и заменити, биће потребно време да се види колико ће добро функционисати.
Многе аутомобилске компаније су предложиле сопствена техничка решења ЦТЦ, јер не само да преуређује батерију, већ треба и да промени структуру каросерије.Ово се односи на поновну поделу рада у ланцу снабдевања сродних индустрија.
ЦТЦ је само технички пут.То је интегрисано тело батерије, непромењено растављање.Преко пута је још једна технологија – замена батерија.Технологија замене батерија се лако раставља, али батерија даје велики допринос снази батерије.Како одабрати ове две руте је игра између добављача батерија и ОЕМ-а.
ЦТЦ технологија у комбинацији са 4680 батеријом
3. Иновација у процесу производње батерија, катодних и анодних материјала
Тесла ће користити процес електроде суве батерије, уместо да користи растварач, мала количина (око 5-8%) финог прашкастог ПТФЕ везива се помеша са прахом позитивних/негативних електрода, пропуштеним кроз екструдер да би се формирала танка трака материјал електроде, а затим је трака електродног материјала ламинирана на колектор струје од металне фолије да би се формирала готова електрода.
Овако произведена батерија је еколошки прихватљивија.И овај процес ће повећати густину енергије батерије и смањити потрошњу енергије производње за 10 пута.Технологија сувих електрода ће вероватно постати технолошко мерило за следећу генерацију.
Технологија суве електроде батерије Тесла 4680
Што се тиче катодних материјала, Тесла је рекао да ће уклонити и кобалтни елемент у катоди.Кобалт је скуп и оскудан.Може се копати само у врло малом броју земаља на свету, или у нестабилним афричким земљама попут Конга.Ако батерија заиста може да уклони кобалтни елемент, може се рећи да је то велика технолошка иновација.
Кобалт
Што се тиче анодних материјала, Тесла ће почети са силицијумским материјалима и користити више силицијума да замени графит који се тренутно користи.Теоретски специфични капацитет негативне електроде на бази силицијума је чак 4200мАх/г, што је десет пута више од графитне негативне електроде.Међутим, негативне електроде на бази силицијума такође имају проблеме као што су лако проширење запремине силицијума, лоша електрична проводљивост и велики почетни губитак пражњења.
Стога је побољшање перформанси материјала заправо проналажење равнотеже између густине енергије и стабилности, а тренутни анодни производи на бази силицијума су допирани силицијумом и графитом за употребу у композитима.
Тесла планира да суштински промени савитљивост силиконске површине како би је учинио мање склоном ломљењу, технологијом која не само да омогућава брже пуњење батерија, већ и продужава век трајања батерије за 20 процената.Тесла је нови материјал назвао „Тесла Силицон“, а цена је 1,2 УСД/КВх, што је само једна десетина постојећег процеса структурираног силицијума.
Аноде на бази силикона сматрају се материјалима за аноде литијумских батерија следеће генерације.
Неколико модела на тржишту је почело да користи анодне материјале на бази силицијума.Модели као што је Тесла Модел 3 већ садрже мале количине силицијума у негативној електроди.Недавно је лансиран модел ГАЦ АИОН ЛКС Плус. Кианли верзија је опремљена технологијом спужвастог силиконског анодног чипа, која може да постигне 1.000 километара трајања батерије.
4680 батерија силиконска анода
Да сумирамо предности технологије батерија 4680 је то што може побољшати перформансе уз смањење трошкова.
3. Далекосежни утицај 4680 батерија
Батерија 4680 није субверзивна технолошка револуција, није пробој у густини енергије, већ више иновација у процесној технологији.
Међутим, вођена Теслом, за тренутни образац новог енергетског тржишта, производња 4680 батерија ће променити постојећи образац батерија.Индустрија ће неизбежно покренути талас цилиндричних батерија велике запремине.
Према извештајима, Панасониц планира да започне масовну производњу 4680 батерија великог капацитета за Теслу почетком 2023. године.Нова инвестиција ће износити чак 80 милијарди јена (отприлике 704 милиона долара).Самсунг СДИ и ЛГ Енерги су се такође придружили развоју 4680 батерије.
У земљи, Иивеи Литхиум Енерги је објавила да њена подружница Иивеи Повер планира да изгради линију за производњу великих цилиндричних батерија од 20 ГВх за путничка возила у зони високе технологије Јингмен. БАК Баттери и Хонеицомб Енерги ће такође ући у област великих цилиндричних батерија. БМВ и ЦАТЛ такође активно користе велике цилиндричне батерије, а основни образац је утврђен.
Цилиндрични распоред батерија произвођача батерија
Четврто, електромоторна сила има шта да каже
Структурна иновација велике цилиндричне батерије ће несумњиво промовисати развој индустрије електричних батерија. Није тако једноставно као само надоградња са 5. батерије на 1. батерију. Његово дебело тело има велика питања.
Цена батерије је близу 40% цене целог возила. Важност батерије као „срца“ је сама по себи очигледна.Међутим, са популарношћу нових енергетских возила, потражња за батеријама расте из дана у дан, а цена материјала расте. Иновација батерија је постала важан начин за развој аутомобилских компанија.
Са развојем технологија везаних за батерије, приступачна електрична возила су одмах иза угла!
Време поста: 13.06.2022