A BYD penge akkumulátorától a Honeycomb Energy kobaltmentes akkumulátoráig, majd a CATL-korszak nátrium-ion akkumulátoráig az akkumulátoripar folyamatos innovációt tapasztalt.2020. szeptember 23. – A Tesla akkumulátor napja, Elon Musk, a Tesla vezérigazgatója bemutatott a világnak egy új akkumulátort – a 4680-as akkumulátort.
Korábban a hengeres lítium akkumulátorok mérete főként 18650 és 21700 volt, a 21700-as pedig 50%-kal több energiával bírt, mint az 18650.A 4680-as akkumulátor cellakapacitása ötször nagyobb, mint a 21700-asé, és az új akkumulátor körülbelül 14%-kal csökkentheti a kilowattóránkénti költséget, és 16%-kal növelheti a hatótávolságot.
Musk nyíltan kijelentette, hogy ezzel az akkumulátorral 25 000 dolláros elektromos autót lehet majd készíteni.
Szóval, honnan jött ez a fenyegető akkumulátor?Ezután egyenként elemezzük őket.
1. Mi az a 4680-as akkumulátor?
A Tesla az akkumulátorok elnevezésének módja nagyon egyszerű és egyértelmű.A 4680-as akkumulátor, ahogy a neve is sugallja, egy hengeres akkumulátor, egyetlen cella átmérője 46 mm, magassága pedig 80 mm.
Három különböző méretű lítium-ion hengeres akkumulátor
Ahogy a képen is látszik, a Tesla eredeti 18650-es és 21700-as akkumulátorához képest a 4680-as akku egy magas és erős embernek tűnik.
A 4680-as akkumulátor azonban nem csak méretváltozást jelent, a Tesla sok új technológiát is beépített a teljesítmény javítása érdekében.
Másodszor, az új technológia 4680 akkumulátor
1. Elektróda nélküli fülkialakítás
Intuitív módon a 4680 legnagyobb érzése az, hogy nagyobb.Akkor miért nem csinálták más gyártók korábban az akkumulátort nagyobbra?Ennek az az oka, hogy minél nagyobb a térfogat és minél nagyobb az energia, a hőt nehezebb szabályozni, és annál nagyobb az égés és a robbanás veszélye.
A Tesla láthatóan ezt is figyelembe vette.
A korábbi hengeres akkumulátorhoz képest a 4680-as akkumulátor legnagyobb szerkezeti újítása az elektróda nélküli fül, más néven teljes fül.A hagyományos hengeres akkumulátorban a pozitív és negatív rézfóliákat, valamint az alumíniumfólia-leválasztót egymásra rakják és feltekerik.Az elektródák kihúzásához egy fülnek nevezett ólomhuzalt hegesztenek a rézfólia és az alumíniumfólia két végére.
A hagyományos 1860-as akkumulátor tekercselési hossza 800 mm.Ha például a jobb vezetőképességű rézfóliát vesszük, a rézfóliából az elektromosságot kivezető fülek hossza 800 mm, ami megegyezik a 800 mm hosszú vezetéken áthaladó árammal.
Számítás szerint az ellenállás körülbelül 20 mΩ, a 2170-es akkumulátor tekercselési hossza körülbelül 1000 mm, az ellenállás pedig körülbelül 23 mΩ.Könnyen átalakítható, hogy az azonos vastagságú fóliát egy 4680-as akkumulátorba kell tekerni, a tekercselés hossza pedig kb. 3800 mm.
A tekercshossz növelésének számos hátránya van.Az elektronoknak nagyobb távolságot kell megtenniük, hogy elérjék az akkumulátor mindkét végén lévő füleket, az ellenállás megnő, és az akkumulátor hajlamosabb lesz a hőre.Az akkumulátor teljesítménye leromlik, sőt biztonsági problémákat is okoz.Az elektronok által megtett távolság lerövidítése érdekében a 4680-as akkumulátor elektróda nélküli fültechnológiát alkalmaz.
Az elektróda nélküli fülnek nincs füle, hanem a teljes áramkollektort füllé alakítja, a vezető út már nem függ a fültől, és az oldalirányú átvitelről a fül mentén az áram a kollektorlemezre kerül a hosszirányú átvitelbe. az aktuális gyűjtő.
A teljes vezető hossz 800-ról 1000 mm-re változott az 1860-as vagy 2170-es rézfólia hosszáról 80 mm-re (az akkumulátor magassága).Az ellenállás 2mΩ-ra csökken, a belső ellenállás-fogyasztás pedig 2W-ról 0,2W-ra csökken, ami közvetlenül egy nagyságrenddel csökken.
Ez a kialakítás nagymértékben csökkenti az akkumulátor impedanciáját és megoldja a hengeres akkumulátor fűtési problémáját.
Egyrészt az elektróda nélküli fültechnológia növeli az áramvezetési területet, lerövidíti az áramvezetési távolságot, és nagymértékben csökkenti az akkumulátor belső ellenállását;a belső ellenállás csökkentése csökkentheti az árameltolódás jelenségét és meghosszabbíthatja az akkumulátor élettartamát;az ellenállás csökkentése a hőtermelést is csökkentheti, és az elektróda vezető bevonata A réteg és az akkumulátor végsapka közötti effektív érintkezési felület elérheti a 100%-ot, ami javíthatja a hőleadási kapacitást.
A 4680-as akkumulátor új típusú elektróda nélküli fültechnológiát alkalmaz a cellaszerkezet tekintetében, amely csökkentheti a költségeket és növelheti a hatékonyságot.Másrészt kimarad a fülek hegesztési folyamata, javul a gyártási hatékonyság, és egyúttal csökkenthető a hegesztés okozta hibaarány.
A monopólus és a teljes pólusú szerkezet sematikus diagramja
2. CTC technológiával kombinálva
Általánosságban elmondható, hogy minél nagyobb az akkumulátor mérete, annál kevesebb akkumulátort kell behelyezni ugyanabba a járműbe.18650 cellával egy Teslának 7100 cellára van szüksége.Ha 4680 elemet használ, akkor csak 900 elemre van szüksége.
Minél kevesebb akkumulátor van, annál gyorsabban összeszerelhetők, nagyobb a hatásfok, kisebb az esély a problémákra a közbülső láncszemeknél, és annál olcsóbb az ár.A Tesla szerint a nagy 4680 14%-kal csökkentheti az akkumulátorok gyártási árát.
Az akkumulátorcsomag energiasűrűségének javítása érdekében a 4680-as akkumulátort CTC (Cell to Chassis) technológiával kombinálják.Ennek célja az akkumulátorcellák közvetlenül az alvázba történő integrálása.A modulok és akkumulátorcsomagok teljes eltávolításával az akkumulátorcellák kompaktabbá válnak, az akkumulátor alkatrészek száma nagymértékben csökken, és a váz helykihasználása is nagymértékben javul.
A CTC bizonyos követelményeket támaszt az akkumulátor szerkezeti szilárdságával kapcsolatban.Az akkumulátornak magának nagy mechanikai szilárdságot kell viselnie.Az 18650-es és 2170-es akkumulátorokhoz képest a 4680-as egyedi akkumulátor nagyobb szerkezeti szilárdsággal és nagyobb szerkezeti szilárdsággal rendelkezik, az általános négyzet alakú akkumulátor pedig alumíniumhéj.A 4680 héj rozsdamentes acélból készült, és a benne rejlő szerkezeti szilárdság garantált.
A négyzet alakú héjú akkumulátorhoz képest a hengeres akkumulátor elrendezése rugalmasabb lesz, sokféle alvázhoz alkalmazkodik, és jobban kombinálható a helyszínnel.
Az „EMF” kutatása és megítélése szerint a CTC technológia 2022-ben az új energetikai járművek tömbje, és egyben útelágazás is.
Az akkumulátor beépítése a karosszériába rendkívül bonyolulttá teheti a jármű karbantartását, az akkumulátort pedig nehéz önállóan cserélni.Az értékesítés utáni szolgáltatások árai emelkedni fognak, és ezek a költségek közvetlenül a fogyasztókra hárulnak, például a biztosítási költségek.Noha Musk azt állítja, hogy olyan javítósíneket terveztek, amelyeket le lehet vágni és ki lehet cserélni, időbe telik, mire kiderül, mennyire fog működni.
Sok autógyártó cég javasolta saját CTC műszaki megoldásait, mert az nem csak az akkumulátort rendezi át, hanem a karosszéria szerkezetét is meg kell változtatni.Ez összefügg a kapcsolódó iparágak ellátási láncában a munka újramegosztásával.
A CTC csak egy technikai út.Ez egy akkumulátorház integrált, változatlan szétszerelés.Van egy másik technológia is vele szemben – az akkumulátorcsere.Az akkumulátorcsere technológia könnyen szétszedhető, de az akkumulátor nagyban hozzájárul az akkumulátor erejéhez.A két út kiválasztása az akkumulátor-beszállítók és az OEM-ek közötti játék.
CTC technológia 4680-as akkumulátorral kombinálva
3. Innováció az akkumulátorgyártási folyamatban, a katód- és anódanyagokban
A Tesla a szárazelemes elektróda eljárást fogja alkalmazni, oldószer helyett kis mennyiségű (körülbelül 5-8%) finoman porított PTFE kötőanyagot kevernek össze pozitív/negatív elektródporral, majd extruderen engedik át vékony csíkot elektródaanyagot, majd Egy elektródaanyagból készült csíkot lamináltunk egy fémfólia áramgyűjtőre a kész elektróda kialakításához.
Az így előállított akkumulátor környezetbarátabb.És ez a folyamat növeli az akkumulátor energiasűrűségét, és 10-szer csökkenti a termelés energiafogyasztását.A szárazelektróda technológia valószínűleg a következő generáció technológiai mércéje lesz.
Tesla 4680 akkumulátor száraz elektróda technológia
A katód anyagokkal kapcsolatban a Tesla azt mondta, hogy a kobalt elemet is eltávolítja a katódból.A kobalt drága és kevés.Csak nagyon kevés országban bányászható a világon, vagy olyan instabil afrikai országokban, mint Kongó.Ha az akkumulátor valóban el tudja távolítani a kobalt elemet, az komoly technológiai újításnak mondható.
Kobalt
Ami az anódanyagokat illeti, a Tesla szilícium anyagokkal kezdi, és több szilíciumot használ a jelenleg használt grafit helyettesítésére.A szilícium alapú negatív elektróda elméleti fajlagos kapacitása akár 4200 mAh/g, ami tízszer nagyobb, mint a grafit negatív elektródé.A szilícium alapú negatív elektródáknak azonban olyan problémái is vannak, mint a szilícium könnyű térfogatának bővülése, rossz elektromos vezetőképesség és nagy kezdeti töltés-kisülési veszteség.
Ezért az anyagok teljesítményének javítása valójában az energiasűrűség és a stabilitás közötti egyensúly megtalálása, és a jelenlegi szilícium alapú anódtermékeket szilíciummal és grafittal adalékolják kompozit felhasználásra.
A Tesla azt tervezi, hogy alapjaiban változtatja meg a szilícium felület alakíthatóságát, hogy kevésbé legyen kitéve a törésnek, ez a technológia nem csak az akkumulátorok gyorsabb töltését teszi lehetővé, hanem 20 százalékkal megnöveli az akkumulátor élettartamát is.A Tesla az új anyagot „Tesla Silicon”-nak nevezte el, az ára pedig 1,2 dollár/kWh, ami csak egytizede a meglévő strukturált szilícium eljárásnak.
A szilícium alapú anódokat a következő generációs lítium akkumulátor anód anyagának tekintik.
Néhány modell a piacon elkezdett szilícium alapú anód anyagokat használni.Az olyan modellek, mint a Tesla Model 3, már kis mennyiségű szilíciumot tartalmaznak a negatív elektródában.Nemrég mutatkozott be a GAC AION LX Plus modell.A Qianli változat szivacsos szilícium anód chip akkumulátor technológiával van felszerelve, amellyel 1000 kilométeres akkumulátor-élettartam érhető el.
4680 akkumulátor szilícium anód
Összefoglalva a 4680 akkumulátor technológia előnyeit, hogy javíthatja a teljesítményt, miközben csökkenti a költségeket.
3. A 4680 elem messzemenő hatása
A 4680-as akkumulátor nem felforgató technológiai forradalom, nem áttörés az energiasűrűség terén, hanem inkább a folyamattechnológia innovációja.
A Tesla vezérelve azonban az új energiapiac jelenlegi mintájára a 4680 akkumulátor gyártása megváltoztatja a meglévő akkumulátormintát.Az iparág elkerülhetetlenül elindítja a nagy térfogatú hengeres akkumulátorok hullámát.
A jelentések szerint a Panasonic azt tervezi, hogy 2023 elején 4680 darab nagy kapacitású akkumulátor tömeggyártását kezdi meg a Tesla számára.Az új beruházás 80 milliárd jen (körülbelül 704 millió USD) lesz.A Samsung SDI és az LG Energy is csatlakozott a 4680-as akkumulátor fejlesztéséhez.
Belföldön a Yiwei Lithium Energy bejelentette, hogy leányvállalata, a Yiwei Power egy 20 GWh-s nagy hengeres akkumulátor gyártósort tervez személygépjárművek számára a Jingmen High-tech zónában.A BAK Battery és a Honeycomb Energy is belép a nagy hengeres akkumulátorok területére.A BMW és a CATL is aktívan telepíti a nagy hengeres akkumulátorokat, és az alapmintát meghatározták.
Az akkumulátorgyártók hengeres elemelrendezése
Negyedszer, az elektromotoros erőnek van mondanivalója
A nagy hengeres akkumulátor szerkezeti innovációja kétségtelenül elősegíti az akkumulátor-ipar fejlődését.Ez nem olyan egyszerű, mint az 5. akkumulátorról az 1. akkumulátorra frissíteni.Kövér testének nagy kérdései vannak.
Az akkumulátor ára a teljes jármű költségének közel 40%-a.Az akkumulátor, mint „szív” jelentősége magától értetődő.Az új energetikai járművek népszerűsödésével azonban napról napra nő az akkumulátorok iránti kereslet, és az anyagok ára is emelkedik.Az akkumulátorok innovációja az autógyártók számára fontos fejlődési eszközzé vált.
Az akkumulátorral kapcsolatos technológiák fejlődésével a megfizethető elektromos járművek a sarkon vannak!
Feladás időpontja: 2022. június 13