Daripada bateri bilah BYD, kepada bateri bebas kobalt Honeycomb Energy, dan kemudian kepada bateri natrium-ion era CATL, industri bateri kuasa telah mengalami inovasi berterusan.23 September 2020 - Hari Bateri Tesla, Ketua Pegawai Eksekutif Tesla Elon Musk menunjukkan kepada dunia bateri baharu – bateri 4680.
Sebelum ini, saiz bateri litium silinder adalah terutamanya 18650 dan 21700, dan 21700 mempunyai 50% lebih tenaga daripada 18650.Bateri 4680 mempunyai lima kali kapasiti sel bateri 21700, dan bateri baharu boleh mengurangkan kos setiap kilowatt-jam sebanyak kira-kira 14% dan meningkatkan julat pelayaran sebanyak 16%.
Musk terus terang menyatakan bahawa bateri ini akan membuat kereta elektrik $25,000 mungkin.
Jadi, dari mana datangnya bateri yang mengancam ini?Seterusnya, kami menganalisisnya satu demi satu.
1. Apakah bateri 4680?
Cara Tesla untuk menamakan bateri kuasa adalah sangat mudah dan mudah.Bateri 4680, seperti namanya, adalah bateri silinder dengan diameter sel tunggal 46mm dan ketinggian 80mm.
Tiga saiz bateri silinder litium-ion yang berbeza
Seperti yang dapat dilihat dari gambar, berbanding bateri asal Tesla 18650 dan bateri 21700, bateri 4680 kelihatan seperti seorang lelaki yang tinggi dan kuat.
Tetapi bateri 4680 bukan sekadar perubahan saiz, Tesla telah menggabungkan banyak teknologi baharu untuk meningkatkan prestasi.
Kedua, teknologi baharu bateri 4680
1. Reka bentuk telinga tanpa elektrod
Secara intuitif, perasaan terbesar 4680 ialah ia lebih besar.Jadi mengapa pengeluar lain tidak menjadikan bateri lebih besar pada masa lalu.Ini kerana lebih besar isipadu dan lebih tinggi tenaga, haba lebih sukar dikawal dan lebih besar ancaman keselamatan daripada pembakaran dan letupan.
Tesla nampaknya telah mengambil kira ini juga.
Berbanding dengan bateri silinder sebelumnya, inovasi struktur terbesar bagi bateri 4680 ialah lug tanpa elektrod, juga dikenali sebagai lug penuh.Dalam bateri silinder tradisional, kerajang tembaga positif dan negatif dan pemisah kerajang aluminium disusun dan digulung.Untuk mengeluarkan elektrod, wayar plumbum yang dipanggil tab dikimpal pada dua hujung kerajang kuprum dan kerajang aluminium.
Panjang belitan bateri 1860 tradisional ialah 800mm.Mengambil kerajang kuprum dengan kekonduksian yang lebih baik sebagai contoh, panjang tab untuk membawa elektrik keluar daripada kerajang kuprum ialah 800mm, yang bersamaan dengan arus yang melalui wayar sepanjang 800mm.
Dengan pengiraan, rintangan adalah kira-kira 20mΩ, panjang penggulungan bateri 2170 adalah kira-kira 1000mm, dan rintangan adalah kira-kira 23mΩ.Ia boleh ditukar dengan mudah bahawa filem dengan ketebalan yang sama perlu digulung menjadi bateri 4680, dan panjang penggulungan adalah kira-kira 3800mm.
Terdapat banyak keburukan untuk meningkatkan panjang belitan.Elektron perlu menempuh jarak yang lebih jauh untuk mencapai tab di kedua-dua hujung bateri, rintangan akan meningkat, dan bateri akan lebih terdedah kepada haba.Prestasi bateri akan merosot dan juga mewujudkan isu keselamatan.Untuk memendekkan jarak yang dilalui oleh elektron, bateri 4680 menggunakan teknologi telinga tanpa elektrod.
Tab tanpa elektrod tidak mempunyai tab, tetapi menjadikan keseluruhan pengumpul arus menjadi tab, laluan konduktif tidak lagi bergantung pada tab, dan arus dipindahkan dari penghantaran sisi sepanjang tab ke plat pengumpul ke penghantaran membujur pengumpul semasa.
Keseluruhan panjang konduktif telah berubah daripada 800 kepada 1000mm daripada 1860 atau 2170 panjang foil tembaga kepada 80mm (ketinggian bateri).Rintangan dikurangkan kepada 2mΩ, dan penggunaan rintangan dalaman dikurangkan daripada 2W kepada 0.2W, yang dikurangkan secara langsung dengan susunan magnitud.
Reka bentuk ini sangat mengurangkan impedans bateri dan menyelesaikan masalah pemanasan bateri silinder.
Di satu pihak, teknologi telinga tanpa elektrod meningkatkan kawasan pengaliran semasa, memendekkan jarak pengaliran semasa, dan sangat mengurangkan rintangan dalaman bateri;pengurangan rintangan dalaman boleh mengurangkan fenomena mengimbangi semasa dan memanjangkan hayat bateri;pengurangan rintangan juga boleh mengurangkan penjanaan haba, dan salutan konduktif elektrod Kawasan sentuhan berkesan antara lapisan dan penutup hujung bateri boleh mencapai 100%, yang boleh meningkatkan kapasiti pelesapan haba.
Bateri 4680 menggunakan teknologi telinga tanpa elektrod jenis baharu dari segi struktur sel, yang boleh mengurangkan kos dan meningkatkan kecekapan.Sebaliknya, proses kimpalan tab diabaikan, kecekapan pengeluaran dipertingkatkan, dan kadar kecacatan yang disebabkan oleh kimpalan boleh dikurangkan pada masa yang sama.
Gambarajah skematik struktur monopole dan kutub penuh
2. Digabungkan dengan teknologi CTC
Secara umumnya, semakin besar saiz bateri, semakin sedikit bateri yang perlu dipasang dalam kenderaan yang sama.Dengan 18650 sel, Tesla memerlukan 7100 sel.Jika anda menggunakan 4680 bateri, anda hanya memerlukan 900 bateri.
Semakin sedikit bateri, semakin cepat ia boleh dipasang, semakin tinggi kecekapan, semakin kurang peluang masalah dalam pautan perantaraan, dan harga yang lebih murah.Menurut Tesla, 4680 yang besar boleh mengurangkan harga pengeluaran bateri sebanyak 14%.
Untuk meningkatkan ketumpatan tenaga pek bateri, bateri 4680 akan digabungkan dengan teknologi CTC (Cell to Chassis).Ia adalah untuk menyepadukan sel bateri terus ke dalam casis.Dengan mengalih keluar sepenuhnya modul dan pek bateri, sel bateri menjadi lebih padat, bilangan bahagian bateri akan dikurangkan dengan banyak, dan penggunaan ruang casis juga akan bertambah baik.
CTC mempunyai keperluan tertentu pada kekuatan struktur bateri.Bateri itu sendiri perlu menanggung banyak kekuatan mekanikal.Berbanding dengan bateri 18650 dan 2170, bateri tunggal 4680 mempunyai kekuatan struktur yang lebih besar dan kekuatan struktur yang lebih tinggi, dan bateri shell persegi umum ialah cangkang aluminium.Cangkang 4680 diperbuat daripada keluli tahan karat, dan kekuatan struktur yang wujud dijamin.
Berbanding dengan bateri shell persegi, susun atur bateri silinder akan menjadi lebih fleksibel, boleh menyesuaikan diri dengan pelbagai casis yang berbeza, dan boleh digabungkan dengan lebih baik dengan tapak.
Menurut penyelidikan dan pertimbangan "EMF", teknologi CTC adalah tuyere kenderaan tenaga baharu pada tahun 2022, dan ia juga merupakan persimpangan jalan.
Penyepaduan bateri ke dalam badan boleh menjadikan penyelenggaraan kenderaan menjadi sangat rumit, dan bateri sukar diganti secara bebas.Harga perkhidmatan selepas jualan akan meningkat, dan kos ini akan terus disalurkan kepada pengguna, seperti kos insurans.Walaupun Musk mendakwa bahawa mereka telah mereka bentuk rel pembaikan yang boleh dipotong dan diganti, ia akan mengambil masa untuk melihat sejauh mana ia akan berfungsi.
Banyak syarikat kereta telah mencadangkan penyelesaian teknikal CTC mereka sendiri, kerana ia bukan sahaja menyusun semula bateri, tetapi juga perlu mengubah struktur badan.Ini berkaitan dengan pembahagian semula buruh dalam rantaian bekalan industri berkaitan.
CTC hanyalah laluan teknikal.Ia adalah badan bateri bersepadu, pembongkaran tidak berubah.Terdapat satu lagi teknologi di seberangnya - pertukaran bateri.Teknologi swap bateri mudah dibongkar, tetapi bateri memberikan sumbangan yang besar kepada kekuatan bateri.Cara memilih dua laluan ini ialah permainan antara pembekal bateri dan OEM.
Teknologi CTC digabungkan dengan bateri 4680
3. Inovasi dalam proses pengeluaran bateri, bahan katod dan anod
Tesla akan menggunakan proses elektrod bateri kering, bukannya menggunakan pelarut, sejumlah kecil (kira-kira 5-8%) pengikat PTFE serbuk halus dicampur dengan serbuk elektrod positif/negatif, melalui extruder untuk membentuk jalur nipis bahan elektrod, dan kemudian Jalur bahan elektrod telah dilaminasikan pada pengumpul arus kerajang logam untuk membentuk elektrod siap.
Bateri yang dihasilkan dengan cara ini lebih mesra alam.Dan proses ini akan meningkatkan ketumpatan tenaga bateri dan mengurangkan penggunaan tenaga pengeluaran sebanyak 10 kali ganda.Teknologi elektrod kering berkemungkinan akan menjadi penanda aras teknologi untuk generasi akan datang.
Teknologi elektrod kering bateri Tesla 4680
Dari segi bahan katod, Tesla berkata ia juga akan mengeluarkan unsur kobalt dalam katod.Kobalt mahal dan terhad.Ia hanya boleh dilombong di sangat sedikit negara di dunia, atau di negara Afrika yang tidak stabil seperti Congo.Jika bateri benar-benar boleh mengeluarkan unsur kobalt, ia boleh dikatakan sebagai inovasi teknologi utama.
Kobalt
Dari segi bahan anod, Tesla akan bermula dengan bahan silikon dan menggunakan lebih banyak silikon untuk menggantikan grafit yang digunakan sekarang.Kapasiti khusus teori bagi elektrod negatif berasaskan silikon adalah setinggi 4200mAh/g, iaitu sepuluh kali lebih tinggi daripada elektrod negatif grafit.Walau bagaimanapun, elektrod negatif berasaskan silikon juga mempunyai masalah seperti pengembangan isipadu mudah silikon, kekonduksian elektrik yang lemah, dan kehilangan cas-nyahcas awal yang besar.
Oleh itu, peningkatan prestasi bahan sebenarnya adalah untuk mencari keseimbangan antara ketumpatan tenaga dan kestabilan, dan produk anod berasaskan silikon semasa didop dengan silikon dan grafit untuk kegunaan komposit.
Tesla merancang untuk secara asasnya mengubah kebolehtempaan permukaan silikon untuk menjadikannya kurang terdedah kepada pecah, teknologi yang bukan sahaja membenarkan bateri dicas dengan lebih pantas, tetapi juga meningkatkan hayat bateri sebanyak 20 peratus.Tesla menamakan bahan baharu itu "Tesla Silicon", dan kosnya ialah $1.2/KWh, iaitu hanya satu persepuluh daripada proses silikon berstruktur sedia ada.
Anod berasaskan silikon dianggap sebagai bahan anod bateri litium generasi akan datang.
Beberapa model di pasaran telah mula menggunakan bahan anod berasaskan silikon.Model seperti Tesla Model 3 sudah pun memasukkan sejumlah kecil silikon dalam elektrod negatif.Baru-baru ini, model GAC AION LX Plus telah dilancarkan.Versi Qianli dilengkapi dengan teknologi bateri cip anod silikon span, yang boleh mencapai 1,000 kilometer hayat bateri.
Anod silikon bateri 4680
Untuk merumuskan kelebihan teknologi bateri 4680 ialah ia boleh meningkatkan prestasi sambil mengurangkan kos.
3. Kesan yang meluas daripada 4680 bateri
Bateri 4680 bukanlah revolusi teknologi subversif, bukan satu kejayaan dalam ketumpatan tenaga, tetapi lebih kepada inovasi dalam teknologi proses.
Bagaimanapun, didorong oleh Tesla, untuk corak pasaran tenaga baharu semasa, pengeluaran 4680 bateri akan mengubah corak bateri sedia ada.Industri ini pasti akan mencetuskan gelombang bateri silinder volum besar.
Menurut laporan, Panasonic merancang untuk memulakan pengeluaran besar-besaran 4680 bateri berkapasiti besar untuk Tesla pada awal 2023.Pelaburan baharu itu setinggi 80 bilion yen (kira-kira AS$704 juta).Samsung SDI dan LG Energy juga telah menyertai pembangunan bateri 4680.
Di dalam negara, Yiwei Lithium Energy mengumumkan bahawa anak syarikatnya Yiwei Power merancang untuk membina barisan pengeluaran bateri silinder besar 20GWj untuk kenderaan penumpang di Zon Teknologi Tinggi Jingmen.Bateri BAK dan Tenaga Honeycomb juga akan memasuki bidang bateri silinder besar.BMW dan CATL juga sedang aktif menggunakan bateri silinder besar, dan corak asas telah ditentukan.
Susun atur Bateri Silinder Pengeluar Bateri
Keempat, daya gerak elektrik mempunyai sesuatu untuk dikatakan
Inovasi struktur bateri silinder besar sudah pasti akan menggalakkan pembangunan industri bateri kuasa.Ia tidak semudah hanya menaik taraf daripada bateri ke-5 kepada bateri pertama.Badannya yang gemuk mempunyai persoalan yang hebat.
Kos bateri hampir 40% daripada kos keseluruhan kenderaan.Kepentingan bateri sebagai "jantung" adalah jelas.Walau bagaimanapun, dengan populariti kenderaan tenaga baharu, permintaan untuk bateri semakin meningkat dari hari ke hari, dan harga bahan semakin meningkat.Inovasi bateri telah menjadi cara penting untuk syarikat kereta berkembang.
Dengan perkembangan teknologi yang berkaitan dengan bateri, kenderaan elektrik mampu milik hampir tiba!
Masa siaran: Jun-13-2022