Dr Battery praat oor batterye: Tesla 4680 battery

Van BYD se lembattery, tot Honeycomb Energy se kobaltvrye battery, en dan tot die natriumioonbattery van die CATL-era, het die kragbatterybedryf voortdurende innovasie ervaar.23 September 2020 - Tesla Battery Day, Elon Musk, uitvoerende hoof van Tesla, het die wêreld 'n nuwe battery gewys - die 4680-battery.

 

prent

Voorheen was die groottes van silindriese litiumbatterye hoofsaaklik 18650 en 21700, en 21700 het 50% meer energie gehad as 18650.Die 4680-battery het vyf keer die selkapasiteit van die 21700-battery, en die nuwe battery kan die koste per kilowatt-uur met sowat 14% verminder en die vaartreeks met 16% vergroot.

prent

Musk het prontuit gesê dat hierdie battery 'n elektriese motor van $25 000 moontlik sal maak.

So, waar het hierdie dreigende battery vandaan gekom?Vervolgens ontleed ons hulle een vir een.

1. Wat is 'n 4680-battery?

Tesla se manier om kragbatterye te benoem is baie eenvoudig en reguit.Die 4680-battery, soos die naam aandui, is 'n silindriese battery met 'n enkelsel-deursnee van 46 mm en 'n hoogte van 80 mm.

prent

Drie verskillende groottes van litium-ioon silindriese batterye

Soos uit die prentjie gesien kan word, in vergelyking met Tesla se oorspronklike 18650-battery en 21700-battery, lyk die 4680-battery na 'n lang en sterk man.

Maar die 4680-battery is nie net 'n grootteverandering nie, Tesla het baie nuwe tegnologie ingewerk om werkverrigting te verbeter.

Tweedens, die nuwe tegnologie van 4680 battery

1. Elektrodelose oorontwerp

Intuïtief is die grootste gevoel van die 4680 dat dit groter is.So hoekom het ander vervaardigers nie die battery in die verlede groter gemaak nie.Dit is omdat hoe groter die volume en hoe hoër die energie, die hitte is moeiliker om te beheer en hoe groter is die veiligheidsbedreiging van brand en ontploffing.

Tesla het dit blykbaar ook in ag geneem.

In vergelyking met die vorige silindriese battery, is die grootste strukturele innovasie van die 4680 battery die elektrodelose lug, ook bekend as die volle lug.In 'n tradisionele silindriese battery word die positiewe en negatiewe koperfoelies en die aluminiumfoelieskeier gestapel en gewikkel.Om die elektrodes uit te trek, word 'n looddraad genaamd die oortjie aan die twee punte van die koperfoelie en die aluminiumfoelie gesweis.

Die kronkellengte van 'n tradisionele 1860-battery is 800 mm.Neem die koperfoelie met beter geleidingsvermoë as 'n voorbeeld, die lengte van die oortjies om die elektrisiteit uit die koperfoelie te lei, is 800 mm, wat gelykstaande is aan die stroom wat deur die 800 mm lang draad gaan.

Volgens berekening is die weerstand ongeveer 20mΩ, die wikkellengte van die 2170-battery is ongeveer 1000mm, en die weerstand is ongeveer 23mΩ.Dit kan maklik omskep word dat die film van dieselfde dikte in 'n 4680-battery gerol moet word, en die wikkellengte is ongeveer 3800mm.

Daar is baie nadele om die kronkellengte te vergroot.Die elektrone moet 'n langer afstand aflê om die oortjies aan albei kante van die battery te bereik, die weerstand sal toeneem en die battery sal meer geneig wees tot hitte.Die werkverrigting van die battery sal verswak en selfs veiligheidskwessies veroorsaak.Om die afstand wat die elektrone aflê, te verkort, gebruik die 4680-battery elektrodelose oortegnologie.

Die elektrodelose oortjie het nie oortjies nie, maar verander die hele stroomkollektor in 'n oortjie, die geleidende pad hang nie meer van die oortjie af nie, en die stroom word oorgedra vanaf die laterale transmissie langs die oortjie na die versamelplaat na die longitudinale transmissie van die huidige versamelaar.

Die hele geleidende lengte het verander van 800 tot 1000 mm van 1860 of 2170 koperfoelielengte na 80 mm (batteryhoogte).Die weerstand word verminder tot 2mΩ, en die interne weerstandverbruik word verminder van 2W tot 0.2W, wat direk met 'n orde van grootte verminder word.

Hierdie ontwerp verminder die impedansie van die battery aansienlik en los die verwarmingsprobleem van die silindriese battery op.

Aan die een kant verhoog die elektrodelose oor-tegnologie die stroomgeleidingsarea, verkort die stroomgeleidingsafstand en verminder die interne weerstand van die battery aansienlik;die vermindering van die interne weerstand kan die huidige offset-verskynsel verminder en die batterylewe verleng;die vermindering van die weerstand kan ook die hitte-opwekking verminder, en die elektrode-geleidende laag Die effektiewe kontakarea tussen die laag en die battery-einddop kan 100% bereik, wat die hitte-afvoerkapasiteit kan verbeter.

Die 4680-battery gebruik 'n nuwe tipe elektrodelose oor-tegnologie in terme van selstruktuur, wat koste kan verminder en doeltreffendheid kan verhoog.Aan die ander kant word die sweisproses van die oortjies weggelaat, die produksiedoeltreffendheid word verbeter, en die defekkoers wat deur sweiswerk veroorsaak word, kan terselfdertyd verminder word.

prent

Skematiese diagram van monopool- en volpoolstruktuur

2. Gekombineer met CTC tegnologie

Oor die algemeen, hoe groter die batterygrootte, hoe minder batterye moet in dieselfde voertuig geïnstalleer word.Met 18650 selle benodig 'n Tesla 7100 selle.As jy 4680 batterye gebruik, benodig jy net 900 batterye.

Hoe minder die batterye, hoe vinniger kan hulle saamgestel word, hoe hoër is die doeltreffendheid, hoe minder kans op probleme in die tussenskakels, en hoe goedkoper is die prys.Volgens Tesla kan die groot 4680 die produksieprys van batterye met 14% verlaag.

Om die energiedigtheid van die batterypak te verbeter, sal die 4680-battery gekombineer word met CTC (Cell to Chassis)-tegnologie.Dit is om die batteryselle direk in die onderstel te integreer.Deur die modules en batterypakke heeltemal te verwyder, word die batteryselle meer kompak, die aantal batteryonderdele sal aansienlik verminder word, en die spasiebenutting van die onderstel sal ook aansienlik verbeter word.

CTC het sekere vereistes oor die strukturele sterkte van die battery.Die battery self moet baie meganiese sterkte dra.In vergelyking met die 18650- en 2170-batterye het die 4680-enkelbattery 'n groter strukturele sterkte en hoër strukturele sterkte, en die algemene vierkantige dopbattery is 'n aluminiumdop.Die 4680 dop is gemaak van vlekvrye staal, en die inherente strukturele sterkte is gewaarborg.

In vergelyking met die vierkantige dop battery, sal die uitleg van die silindriese battery meer buigsaam wees, kan aanpas by 'n verskeidenheid van verskillende onderstelle, en kan beter gekombineer word met die webwerf.

Volgens die navorsing en oordeel van "EMF" is CTC-tegnologie die tuyere van nuwe energievoertuie in 2022, en dit is ook 'n vurk in die pad.

Die integrasie van die battery in die bak kan die instandhouding van die voertuig uiters ingewikkeld maak, en die battery is moeilik om onafhanklik te vervang.Na-verkope dienspryse sal styg, en hierdie koste sal direk aan verbruikers deurgegee word, soos versekeringskoste.Alhoewel Musk beweer dat hulle herstelrelings ontwerp het wat gesny en vervang kan word, sal dit tyd neem om te sien hoe goed dit sal werk.

Baie motormaatskappye het hul eie CTC tegniese oplossings voorgestel, omdat dit nie net die battery herrangskik nie, maar ook die bakstruktuur moet verander.Dit hou verband met die herverdeling van arbeid in die voorsieningsketting van verwante bedrywe.

CTC is net 'n tegniese roete.Dit is 'n batteryliggaam geïntegreerde, onveranderde demontage.Daar is 'n ander tegnologie oorkant dit - batteryruiling.Die battery-ruiltegnologie is maklik om uitmekaar te haal, maar die battery lewer 'n groot bydrae tot die batterykrag.Hoe om hierdie twee roetes te kies, is 'n speletjie tussen batteryverskaffers en OEM's.

prent

prent

CTC tegnologie gekombineer met 4680 battery

3. Innovasie in battery produksie proses, katode en anode materiale

Tesla sal die droë battery elektrode proses gebruik, in plaas van om 'n oplosmiddel te gebruik, word 'n klein hoeveelheid (ongeveer 5-8%) van 'n fyn verpoeierde PTFE bindmiddel gemeng met positiewe/negatiewe elektrode poeier, deur 'n ekstruder gevoer om 'n dun strook van elektrodemateriaal, en dan 'n Strook elektrodemateriaal is op 'n metaalfoeliestroomkollektor gelamineer om die voltooide elektrode te vorm.

Die battery wat op hierdie manier vervaardig word, is meer omgewingsvriendelik.En hierdie proses sal die energiedigtheid van die battery verhoog en die energieverbruik van produksie met 10 keer verminder.Droë elektrode tegnologie sal waarskynlik die tegnologiese maatstaf vir die volgende generasie word.

Tesla 4680 battery droë elektrode tegnologie

Wat katodemateriaal betref, het Tesla gesê dat dit ook die kobaltelement in die katode sal verwyder.Kobalt is duur en skaars.Dit kan net in baie min lande ter wêreld of in onstabiele Afrikalande soos die Kongo ontgin word.As die battery werklik die kobaltelement kan verwyder, kan gesê word dat dit 'n groot tegnologiese innovasie is.

prent

Kobalt

Wat anodemateriaal betref, sal Tesla met silikonmateriale begin en meer silikon gebruik om die grafiet wat tans gebruik word, te vervang.Die teoretiese spesifieke kapasiteit van die silikon-gebaseerde negatiewe elektrode is so hoog as 4200mAh/g, wat tien keer hoër is as dié van die grafiet negatiewe elektrode.Silikon-gebaseerde negatiewe elektrodes het egter ook probleme soos maklike volume-uitbreiding van silikon, swak elektriese geleidingsvermoë en groot aanvanklike lading-ontladingsverlies.

Daarom is die prestasieverbetering van materiale eintlik om 'n balans tussen energiedigtheid en stabiliteit te vind, en die huidige silikon-gebaseerde anodeprodukte word gedoteer met silikon en grafiet vir saamgestelde gebruik.

Tesla beplan om die smeebaarheid van die silikonoppervlak fundamenteel te verander om dit minder geneig te maak tot breek, 'n tegnologie wat nie net batterye toelaat om vinniger te laai nie, maar ook batterylewe met 20 persent verhoog.Tesla het die nuwe materiaal "Tesla Silicon" genoem, en die koste is $1,2/KWh, wat slegs een tiende van die bestaande gestruktureerde silikonproses is.

Silikon-gebaseerde anodes word beskou as die volgende generasie litiumbattery-anodemateriaal.

'n Paar modelle op die mark het silikongebaseerde anodemateriaal begin gebruik.Modelle soos die Tesla Model 3 bevat reeds klein hoeveelhede silikon in die negatiewe elektrode.Onlangs is die GAC AION LX Plus-model bekendgestel.Die Qianli-weergawe is toegerus met spons-silicon-anodeskyfie-batterytegnologie, wat 1 000 kilometer se batterylewe kan behaal.

prent

4680 battery silikon anode

Om die voordele van 4680-batterytegnologie op te som, is dat dit werkverrigting kan verbeter terwyl koste verminder word.

3. Die verreikende impak van 4680 batterye

Die 4680-battery is nie 'n ondermynende tegnologiese revolusie nie, nie 'n deurbraak in energiedigtheid nie, maar meer 'n innovasie in prosestegnologie.

Maar, aangedryf deur Tesla, vir die huidige patroon van die nuwe energiemark, sal die produksie van 4680 batterye die bestaande batterypatroon verander.Die bedryf sal onvermydelik 'n golf van groot volume silindriese batterye laat ontstaan.

Volgens berigte beplan Panasonic om vroeg in 2023 massaproduksie van 4680 grootkapasiteitbatterye vir Tesla te begin.Die nuwe belegging sal so hoog as 80 miljard jen (ongeveer VS$704 miljoen) wees.Samsung SDI en LG Energy het ook by die ontwikkeling van die 4680-battery aangesluit.

Binnelands het Yiwei Lithium Energy aangekondig dat sy filiaal Yiwei Power beplan om 'n 20GWh groot silindriese battery produksielyn vir passasiersvoertuie in Jingmen High-tech Zone te bou.BAK Battery and Honeycomb Energy sal ook die veld van groot silindriese batterye betree.BMW en CATL is ook aktief besig om groot silindriese batterye te ontplooi, en die basiese patroon is bepaal.

Batteryvervaardigers se silindriese batteryuitleg

Vierdens het die elektromotoriese krag iets te sê

Die strukturele innovasie van die groot silindriese battery sal ongetwyfeld die ontwikkeling van die kragbatterybedryf bevorder.Dit is nie so eenvoudig soos om net van die 5de battery na die 1ste battery op te gradeer nie.Sy vet liggaam het groot vrae.

Die koste van die battery is byna 40% van die koste van die hele voertuig.Die belangrikheid van die battery as die "hart" is vanselfsprekend.Met die gewildheid van nuwe energievoertuie neem die vraag na batterye egter dag vir dag toe, en die prys van materiaal styg.Die innovasie van batterye het 'n belangrike manier geword vir motormaatskappye om te ontwikkel.

Met die ontwikkeling van batteryverwante tegnologieë is bekostigbare elektriese voertuie net om die draai!


Pos tyd: Jun-13-2022