Gikan sa blade battery sa BYD, ngadto sa cobalt-free nga baterya sa Honeycomb Energy, ug dayon ngadto sa sodium-ion nga baterya sa panahon sa CATL, ang industriya sa power battery nakasinati og padayon nga kabag-ohan.Septiyembre 23, 2020 - Tesla Battery Day, Tesla CEO Elon Musk nagpakita sa kalibutan og bag-ong baterya - ang 4680 nga baterya.
Kaniadto, ang mga gidak-on sa mga cylindrical lithium batteries kasagaran 18650 ug 21700, ug ang 21700 adunay 50% nga labi ka kusog kaysa 18650.Ang 4680 nga baterya adunay lima ka pilo nga kapasidad sa cell sa 21700 nga baterya, ug ang bag-ong baterya makapakunhod sa gasto kada kilowatt-hour sa mga 14% ug makadugang sa cruising range sa 16%.
Si Musk prangka nga nagpahayag nga kini nga baterya makahimo sa usa ka $25,000 nga electric car nga posible.
Busa, diin gikan kining mahulgaon nga baterya?Sunod, atong analisahon sila sa tinagsa.
1. Unsa ang 4680 nga baterya?
Ang paagi ni Tesla sa pagngalan sa mga baterya sa kuryente yano ra ug prangka.Ang 4680 nga baterya, ingon sa gisugyot sa ngalan, usa ka cylindrical nga baterya nga adunay usa ka cell diameter nga 46mm ug taas nga 80mm.
Tulo ka lainlaing gidak-on sa lithium-ion cylindrical nga mga baterya
Sama sa makita sa hulagway, kon itandi sa orihinal nga 18650 nga baterya sa Tesla ug 21700 nga baterya, ang 4680 nga baterya morag taas ug kusgan nga tawo.
Apan ang 4680 nga baterya dili lang usa ka pagbag-o sa gidak-on, ang Tesla adunay daghang bag-ong teknolohiya aron mapauswag ang pasundayag.
Ikaduha, ang bag-ong teknolohiya sa 4680 nga baterya
1. Electrodeless ear design
Sa intuitively, ang pinakadako nga pagbati sa 4680 mao nga kini mas dako.Busa ngano nga ang ubang mga tiggama wala maghimo sa baterya nga mas dako kaniadto.Kini tungod kay kon mas dako ang volume ug mas taas ang enerhiya, ang kainit mas lisod kontrolon ug mas dako ang hulga sa kaluwasan gikan sa pagsunog ug pagbuto.
Dayag nga gikonsiderar usab kini ni Tesla.
Kung itandi sa miaging cylindrical nga baterya, ang pinakadako nga pagbag-o sa istruktura sa 4680 nga baterya mao ang electrodeless lug, nailhan usab nga full lug.Sa usa ka tradisyonal nga cylindrical nga baterya, ang positibo ug negatibo nga mga foil nga tumbaga ug ang separator sa aluminum foil gipatong ug nasamdan.Aron makuha ang mga electrodes, usa ka lead wire nga gitawag og tab ang welded sa duha ka tumoy sa copper foil ug aluminum foil.
Ang winding nga gitas-on sa usa ka tradisyonal nga 1860 nga baterya mao ang 800mm.Ang pagkuha sa copper foil nga adunay mas maayo nga conductivity ingon nga usa ka pananglitan, ang gitas-on sa mga tab nga magdala sa elektrisidad gikan sa copper foil mao ang 800mm, nga katumbas sa kasamtangan nga moagi sa 800mm nga taas nga wire.
Pinaagi sa kalkulasyon, ang pagsukol maoy mga 20mΩ, ang winding nga gitas-on sa 2170 nga baterya maoy mga 1000mm, ug ang pagsukol maoy mga 23mΩ.Kini dali nga mabag-o nga ang pelikula sa parehas nga gibag-on kinahanglan nga i-roll sa usa ka 4680 nga baterya, ug ang gitas-on sa paglikos mga 3800mm.
Adunay daghang mga disbentaha sa pagdugang sa gitas-on sa winding.Ang mga electron kinahanglan nga mobiyahe og mas taas nga gilay-on aron makaabot sa mga tab sa duha ka tumoy sa baterya, ang resistensya motaas, ug ang baterya mas dali nga init.Ang pasundayag sa baterya makadaut ug makahimo pa gani og mga isyu sa kaluwasan.Aron mapamubo ang gilay-on nga gibiyahe sa mga electron, ang 4680 nga baterya naggamit sa electrodeless ear technology.
Ang electrodeless nga tab walay mga tab, apan ang tibuok kasamtangan nga kolektor ngadto sa usa ka tab, ang conductive nga dalan wala na magdepende sa tab, ug ang kasamtangan gibalhin gikan sa lateral transmission sa tab ngadto sa collector plate ngadto sa longhitudinal transmission sa ang kasamtangang kolektor.
Ang tibuok conductive gitas-on nausab gikan sa 800 ngadto sa 1000mm sa 1860 o 2170 tumbaga foil gitas-on ngadto sa 80mm (baterya gitas-on).Ang resistensya mikunhod ngadto sa 2mΩ, ug ang internal nga pagkonsumo sa pagsukol gikunhoran gikan sa 2W ngadto sa 0.2W, nga direktang gikunhoran sa usa ka han-ay sa magnitude.
Kini nga disenyo makapakunhod pag-ayo sa impedance sa baterya ug makasulbad sa problema sa pagpainit sa cylindrical nga baterya.
Sa usa ka bahin, ang electrodeless ear technology nagdugang sa kasamtangan nga conduction area, nagpamubo sa kasamtangan nga conduction nga gilay-on, ug sa hilabihan nga pagkunhod sa internal nga pagsukol sa baterya;ang pagkunhod sa internal nga pagsukol makapakunhod sa kasamtangan nga offset phenomenon ug makapalugway sa kinabuhi sa baterya;ang pagkunhod sa resistensya mahimo usab nga makunhuran ang henerasyon sa kainit, ug ang electrode conductive coating Ang epektibo nga lugar sa pagkontak tali sa layer ug sa katapusan nga takup sa baterya mahimong moabot sa 100%, nga makapauswag sa kapasidad sa pagwagtang sa kainit.
Ang 4680 nga baterya nagsagop sa usa ka bag-ong tipo sa electrodeless ear technology sa termino sa cell structure, nga makapakunhod sa gasto ug makadugang sa kahusayan.Sa pikas bahin, ang proseso sa welding sa mga tab wala iapil, ang kahusayan sa produksiyon gipauswag, ug ang rate sa depekto nga gipahinabo sa welding mahimong mapakunhod sa parehas nga oras.
Schematic diagram sa monopole ug full-pole nga istruktura
2. Gihiusa sa teknolohiya sa CTC
Sa kinatibuk-an, kon mas dako ang gidak-on sa baterya, mas gamay nga mga baterya ang kinahanglan nga i-install sa samang sakyanan.Uban sa 18650 ka mga selula, ang usa ka Tesla nagkinahanglan og 7100 ka mga selula.Kung mogamit ka ug 4680 nga baterya, kinahanglan ra nimo ang 900 nga baterya.
Ang mas diyutay nga mga baterya, ang mas paspas nga sila mahimo nga mapundok, mas taas ang kahusayan, mas gamay ang kahigayonan sa mga problema sa intermediate nga mga link, ug mas barato ang presyo.Sumala sa Tesla, ang dako nga 4680 makapakunhod sa presyo sa produksyon sa mga baterya sa 14%.
Aron mapauswag ang densidad sa enerhiya sa pack sa baterya, ang 4680 nga baterya ikombinar sa CTC (Cell to Chassis) nga teknolohiya.Kini mao ang paghiusa sa mga selula sa baterya direkta ngadto sa chassis.Pinaagi sa hingpit nga pagtangtang sa mga module ug mga pakete sa baterya, ang mga selyula sa baterya mahimong mas compact, ang gidaghanon sa mga bahin sa baterya makunhuran pag-ayo, ug ang paggamit sa wanang sa mga chassis mapauswag usab.
Ang CTC adunay piho nga mga kinahanglanon sa kalig-on sa istruktura sa baterya.Ang baterya mismo kinahanglan nga magdala og daghang mekanikal nga kusog.Kung itandi sa 18650 ug 2170 nga mga baterya, ang 4680 single nga baterya adunay mas dako nga structural strength ug mas taas nga structural strength, ug ang general square shell nga battery kay aluminum shell.Ang 4680 nga kabhang gihimo sa stainless steel, ug gigarantiyahan ang kinaiyanhon nga kalig-on sa istruktura.
Kung itandi sa square shell nga baterya, ang layout sa cylindrical nga baterya mahimong mas flexible, mahimong mopahiangay sa lain-laing mga chassis, ug mahimong mas maayo nga inubanan sa site.
Sumala sa panukiduki ug paghukom sa "EMF", ang teknolohiya sa CTC mao ang tuyere sa bag-ong mga sakyanan sa enerhiya sa 2022, ug kini usab usa ka sanga sa dalan.
Ang pag-integrate sa baterya ngadto sa lawas makahimo sa pagmentinar sa sakyanan nga hilabihan ka komplikado, ug ang baterya lisud ilisan nga independente.Ang mga presyo sa serbisyo pagkahuman sa pagbaligya motaas, ug kini nga mga gasto direktang ipasa sa mga konsumedor, sama sa gasto sa seguro.Bisan tuod ang Musk nag-angkon nga sila nagdesinyo sa pag-ayo sa mga riles nga mahimong putlon ug pulihan, kini magkinahanglan og panahon aron makita kung unsa kini ka maayo.
Daghang mga kompanya sa awto ang nagsugyot sa ilang kaugalingon nga mga teknikal nga solusyon sa CTC, tungod kay dili lamang kini nagbag-o sa baterya, apan kinahanglan usab nga usbon ang istruktura sa lawas.Kini may kalabutan sa re-division sa labor sa supply chain sa may kalabutan nga mga industriya.
Ang CTC kay usa lang ka teknikal nga rota.Kini usa ka lawas sa baterya nga gisagol, wala mausab nga pag-disassembly.Adunay laing teknolohiya sa atbang niini - ang pagbayloay sa baterya.Ang teknolohiya sa pag-ilis sa baterya dali nga mabungkag, apan ang baterya naghimo usa ka dako nga kontribusyon sa kusog sa baterya.Giunsa pagpili kining duha ka ruta usa ka dula tali sa mga supplier sa baterya ug mga OEM.
CTC teknolohiya inubanan sa 4680 battery
3. Inobasyon sa proseso sa produksyon sa baterya, cathode ug anode nga mga materyales
Ang Tesla mogamit sa uga nga proseso sa electrode sa baterya, imbes nga gamiton ang usa ka solvent, usa ka gamay nga kantidad (mga 5-8%) sa usa ka pino nga powdered PTFE binder gisagol sa positibo / negatibo nga electrode powder, gipaagi sa usa ka extruder aron maporma ang usa ka nipis nga gilis sa electrode nga materyal, ug unya Usa ka gilis sa electrode materyal nga laminated sa usa ka metal foil kasamtangan nga kolektor sa pagporma sa nahuman nga electrode.
Ang baterya nga gihimo niining paagiha mas mahigalaon sa kalikopan.Ug kini nga proseso makadugang sa densidad sa enerhiya sa baterya ug makunhuran ang konsumo sa enerhiya sa produksiyon sa 10 ka beses.Ang teknolohiya sa dry electrode lagmit nga mahimong benchmark sa teknolohiya alang sa sunod nga henerasyon.
Tesla 4680 battery dry electrode nga teknolohiya
Sa termino sa mga materyales sa cathode, giingon ni Tesla nga tangtangon usab niini ang elemento sa cobalt sa cathode.Ang Cobalt mahal ug nihit.Mahimo lamang kini nga minahan sa pipila ka mga nasud sa kalibutan, o sa dili lig-on nga mga nasud sa Africa sama sa Congo.Kung ang baterya makatangtang gyud sa elemento sa cobalt, kini maingon nga usa ka mayor nga kabag-ohan sa teknolohiya.
Cobalt
Sa termino sa anode nga mga materyales, ang Tesla magsugod sa silicon nga mga materyales ug mogamit og dugang nga silicon aron mapulihan ang graphite nga gigamit karon.Ang teoretikal nga piho nga kapasidad sa negatibo nga electrode nga nakabase sa silicon ingon ka taas sa 4200mAh / g, nga napulo ka pilo nga mas taas kaysa sa negatibo nga graphite nga elektrod.Bisan pa, ang mga negatibo nga electrodes nga nakabase sa silicon adunay mga problema usab sama sa dali nga pagpalapad sa volume sa silicon, dili maayo nga conductivity sa elektrisidad, ug dako nga pagkawala sa una nga bayad-discharge.
Busa, ang pagpauswag sa pasundayag sa mga materyales sa tinuud aron makit-an ang usa ka balanse tali sa densidad sa enerhiya ug kalig-on, ug ang karon nga mga produkto nga nakabase sa silicon nga anode doped sa silicon ug graphite alang sa paggamit sa composite.
Nagplano si Tesla nga usbon ang sukaranan sa pagkamalleability sa nawong sa silikon aron dili kini dali nga maguba, usa ka teknolohiya nga dili lamang nagtugot sa mga baterya nga ma-charge nga mas paspas, apan nagdugang usab ang kinabuhi sa baterya sa 20 porsyento.Ginganlan ni Tesla ang bag-ong materyal nga "Tesla Silicon", ug ang gasto mao ang $ 1.2 / KWh, nga usa lamang sa ikanapulo sa kasamtangan nga structured silicon nga proseso.
Ang mga anod nga nakabase sa silikon giisip nga sunod nga henerasyon nga mga materyal nga anode sa baterya sa lithium.
Pipila ka mga modelo sa merkado nagsugod na sa paggamit sa silicon-based anode nga mga materyales.Ang mga modelo sama sa Tesla Model 3 nag-apil na sa gamay nga kantidad sa silicon sa negatibo nga electrode.Bag-ohay lang, ang GAC AION LX Plus nga modelo gilusad.Ang bersyon sa Qianli nasangkapan sa teknolohiya sa baterya nga espongha silicon anode chip, nga makab-ot ang 1,000 kilometros nga kinabuhi sa baterya.
4680 nga baterya silicon anode
Sa pagsumada sa mga bentaha sa 4680 nga teknolohiya sa baterya mao nga kini makapauswag sa performance samtang makunhuran ang gasto.
3. Ang halayo nga epekto sa 4680 nga mga baterya
Ang 4680 nga baterya dili usa ka subersibo nga teknolohikal nga rebolusyon, dili usa ka kalampusan sa densidad sa enerhiya, apan labaw pa sa usa ka kabag-ohan sa teknolohiya sa proseso.
Bisan pa, nga gimaneho ni Tesla, alang sa karon nga sumbanan sa bag-ong merkado sa enerhiya, ang paghimo sa 4680 nga mga baterya mag-usab sa kasamtangan nga pattern sa baterya.Ang industriya dili kalikayan nga magpahinabog usa ka balud sa daghang mga cylindrical nga baterya.
Sumala sa mga taho, ang Panasonic nagplano sa pagsugod sa mass production sa 4680 nga dako nga kapasidad nga mga baterya alang sa Tesla sa sayong bahin sa 2023.Ang bag-ong puhunan mahimong ingon ka taas sa 80 bilyon yen (gibana-bana nga US $ 704 milyon).Ang Samsung SDI ug LG Energy miduyog usab sa pagpalambo sa 4680 nga baterya.
Sa domestic, ang Yiwei Lithium Energy nagpahibalo nga ang iyang subsidiary nga Yiwei Power nagplano sa paghimo sa usa ka 20GWh nga dako nga cylindrical nga linya sa produksiyon sa baterya alang sa mga pasahero nga mga sakyanan sa Jingmen High-tech Zone.Ang BAK Battery ug Honeycomb Energy mosulod usab sa natad sa dagkong cylindrical nga mga baterya.Ang BMW ug CATL aktibo usab nga nag-deploy sa dagkong mga cylindrical nga baterya, ug ang sukaranan nga sumbanan natino.
Cylindrical Battery Layout sa mga Manufacturers sa Baterya
Ikaupat, ang electromotive force adunay isulti
Ang pagbag-o sa istruktura sa dako nga cylindrical nga baterya sa walay duhaduha makapauswag sa pag-uswag sa industriya sa baterya sa kuryente.Dili kini yano sama sa pag-upgrade gikan sa ika-5 nga baterya hangtod sa ika-1 nga baterya.Ang tambok nga lawas niini adunay daghang pangutana.
Ang gasto sa baterya duol sa 40% sa gasto sa tibuok nga sakyanan.Ang kahinungdanon sa baterya isip "kasingkasing" makita sa kaugalingon.Bisan pa, sa pagkapopular sa mga bag-ong mga salakyanan sa enerhiya, ang panginahanglan alang sa mga baterya nagdugang adlaw-adlaw, ug ang presyo sa mga materyales nagkataas.Ang kabag-ohan sa mga baterya nahimong usa ka importante nga paagi alang sa mga kompanya sa sakyanan sa pagpalambo.
Sa pag-uswag sa mga teknolohiya nga may kalabotan sa baterya, ang barato nga mga salakyanan sa kuryente hapit na!
Oras sa pag-post: Hun-13-2022