Аккумулятор 4680 — обновление технологии аккумуляторов

В этой статье представлена батарея 4680, представленная Tesla, в основном ее структура, характеристики и принцип процесса.

Каталог

Введение

II Изменение структуры

III Технология сухих аккумуляторов

IV Кремниевый отрицательный электрод

V Положительный электрод

VI Заключение

Введение

1. Определение

Аккумулятор 4680 — это новое поколение цилиндрических аккумуляторов диаметром 46 мм и высотой 80 мм.

Дисплей батареи 4680

Для батареи, когда плотность энергии увеличивается, плотность мощности уменьшается. Диаметр 46 мм является оптимальным выбором для цилиндрических батарей, поскольку сочетает в себе высокую плотность энергии и высокую плотность мощности.

Размер цилиндрической батареи и изменение производительности

2. Основные инновации

Большая батарея + Tableless + технология сухих батарей

3. Прорыв в производительности

Батарея 4680 значительно увеличивает мощность батареи (в 6 раз для батарей 2170), снижает стоимость батареи (14% для батарей 2170), оптимизирует характеристики рассеивания тепла, эффективность производства, скорость зарядки, плотность энергии и производительность реле.

II Изменение структуры

1. Бесстоловый дизайн

Батарея 4680 изменена за счет структуры TAB, что значительно повышает мощность батареи, оптимизирует эффективность рассеивания тепла, эффективность производства и скорость зарядки.

1.1. Структура таблиц

Табл.: Металлический проводник, идущий от положительного и отрицательного электродов элемента, является точкой контакта при зарядке и разрядке аккумулятора. При работе от батареи электроны перетекают от положительного вывода к отрицательному. Путь, по которому они текут, пропорционален внутреннему сопротивлению батареи. Ширина протока обратно пропорциональна внутреннему сопротивлению батареи, а внутренние потери мощности батареи пропорциональны квадрату внутреннего сопротивления. Следовательно, чем больше площадь контакта с контактами и чем меньше расстояние между контактами, тем выше выходная мощность аккумулятора.

Обычно два контакта подключаются к положительному и отрицательному электроду, а батарея 4680 реализует Tableless (непосредственно от положительного/отрицательного электрода), тем самым значительно увеличивая путь тока и сокращая расстояние между контактами, что, в свою очередь, увеличивает заряд батареи.

1.2. Преимущество столов

1) Улучшите выходную мощность: ток батареи увеличивается, внутреннее сопротивление значительно уменьшается, а внутренние потери уменьшаются, что, в свою очередь, значительно увеличивает мощность батареи (в 6 раз для батарей 2170).

2) Повышение безопасности: цилиндрическая батарея отличается от листовой батареи. Отвод тепла у него осевой, и тепло рассеивается от Таб. Традиционные цилиндрические батареи, такие как 2170, имеют два выступа, канал теплопередачи узкий, поэтому эффект рассеивания тепла не очень хороший. Площадь TAB батареи 4680 увеличилась, а канал теплопередачи стал широким и значительно улучшенным (всего 20% от традиционной цилиндрической батареи), что повышает термическую стабильность батареи.

3) Производительность быстрой зарядки значительно улучшена: благодаря бестабличной структуре электронам легче перемещаться в батарее, а увеличение тока улучшается, поэтому скорость зарядки и разрядки увеличивается.

4) Повышение эффективности производства: устраните процесс и время производственной линии, чтобы добавить вкладку, сэкономьте место для оборудования и уменьшите вероятность производственных дефектов.

2. Большая батарея

2.1. Производительность

Аккумулятор 4680 увеличился в диаметре и высоте, чем раньше. Диаметр увеличен с 27 мм до 46 мм, а высота увеличена с 70 мм до 80 мм. Толщина батареи увеличена, кривизна уменьшена, а полая часть увеличена.

2.2. Преимущества

1) Снижение затрат на аккумулятор: уменьшена доля корпуса на единицу емкости аккумулятора, также существенно уменьшено количество элементов конструкции и сварки (снижение стоимости на 14% по сравнению с 2170).

2) Увеличьте плотность мощности: по мере увеличения размера батареи количество батарей в аккумуляторном блоке уменьшается, а доля металлического корпуса уменьшается. Пропорция положительного и отрицательного электрода увеличена, а плотность энергии улучшена.

3) Система BMS более безопасна: количество батарей в аккумуляторных блоках уменьшено, и ее проще контролировать и анализировать состояние.

4) Увеличение прочности конструкции в сочетании с технологией CTC: больший размер, более высокая прочность конструкции. Являясь частью структурной батареи, он стал частью конструкции автомобиля, обеспечивающей энергию. Он также служит конструкцией, экономя пространство, а также снижает вес (10%). Таким образом, улучшается бесконечный пробег (14%).

2.3. Недостатки

Повышенное тепловыделение: чем больше размер батареи, тем больше тепла выделяется, тем сложнее рассеивание тепла, поэтому контроль нагрева становится сложнее. Tesla совершила прорыв в области термостабильности с помощью бестабличной технологии.

2.4. Фактическая производительность

По мере увеличения размера батареи количество батарей в аккумуляторном блоке уменьшается, а доля металлических корпусов уменьшается, доля положительного полюса и отрицательного электрода увеличивается, а плотность энергии улучшается. По сравнению с батареями 2170, энергия батареи 4680 увеличилась в 5 раз. Нынешний бесконечный пробег (16%) в основном связан с технологией CTC (14%). Благодаря постоянному обновлению материальной системы плотность энергии батареи еще больше увеличила пространство.

III Технология сухих аккумуляторов

Технология сухих электродов может использоваться одновременно на положительных и отрицательных электродах.

1. Традиционный мокрый процесс

Материал необходимо поместить в раствор, затем высушить и спрессовать в пленку: используются растворители со связующими материалами, из которых NMP (N-метилпирролидон) является одним из распространенных растворителей, а растворитель со связующим смешивается с негативом. или положительный порошок, затем паста наносится на коллектор электродов и высушивается, при этом растворитель токсичен и его необходимо восстановить, очистить и повторно использовать, что требует огромного, дорогого и сложного покрытия электродов между машинами.

2. Технология сухих аккумуляторов

Процесс с использованием сухого электрода полностью исключает добавление раствора. Он позволяет исключить сложный процесс нанесения покрытия и сушки и значительно упростить производственный процесс: активные положительные и отрицательные частицы смешиваются с политетрафторэтиленом (ПТФЭ) для их фибриллирования. Листы положительных и отрицательных электродов готовятся путем прокатки и измельчения порошка непосредственно в пленку и прижимания ее к алюминиевой или медной фольге.

3. Преимущество сухой батареи

1) Простой процесс, экономия средств: отсутствие растворителя, экономия дорогой машины для нанесения покрытия.

2) Повышение эффективности производства: технология сухих электродов увеличивает скорость производства в семь раз.

3) Увеличение плотности энергии батареи: при использовании растворителей литий и углерод, смешанные с металлическим литием, плохо сплавляются друг с другом и возникают проблемы потери емкости в первом цикле. Технология сухих элементов значительно решит эту проблему и, таким образом, повысит плотность энергии батареи. Также увеличьте толщину катодного материала с 55 мкм до 60 мкм, чтобы улучшить соотношение материалов активного электрода, чтобы плотность энергии можно было увеличить на 5%, обеспечивая при этом плотность мощности.

IV Кремниевый отрицательный электрод

1. Преимущество

1) Теоретическая плотность энергии выше: максимальная емкость батареи графитовой отрицательной теории составляет 372 Втч/кг, а максимальная емкость батареи кремниевой отрицательной полярности может достигать 4200 Втч/кг.

2) Безопасность выше: у кремния более высокое плато напряжения, чем у графита. В настоящее время дендриты лития производятся в отрицательном графите, поскольку их плато напряжения близко к потенциалу осаждения лития. Если дендриты проткнут диафрагму, положительный и отрицательный электроды будут закорочены, что серьезно поставит под угрозу безопасность батареи.

3) Стоимость ниже: кремниевые материалы широко доступны, их много, они дешевы в производстве и экологически безопасны. Массовая плотность энергии литий-ионных аккумуляторов с кремниевыми катодными материалами может быть увеличена более чем на 8%, объемная плотность энергии - более чем на 10%, при этом стоимость кВтч батареи может быть снижена как минимум на 3%.

2. Недостаток

1) Плохая производительность цикла: графит не имеет значительного объемного расширения после внедрения литий-ионного аккумулятора. Но кремний в литий-ионном встроенном расширении объема более чем в четыре раза, взад и вперед, несколько расширений и сжатий батареи будут списаны.

2) Плохая проводимость: низкая электропроводность кремния ограничивает достаточное использование его емкости и эффективность увеличения материала кремниевого электрода; изменение объема при контакте со связующим токопроводящим веществом снижает проводимость; SEI-пленка на поверхности кремния толстая и неоднородная, что влияет на проводимость и батарею в целом, чем на энергию.

3. Инновационный дизайн батареи 4680.

Тесла изменил структуру сырья, сделав его высокоэластичным, и добавив эластичное иономерное покрытие, он смог стабилизировать структуру поверхности кремния и снизить стоимость на 5%.

Принцип отрицательного кремниевого процесса Теслы

4. Кремниево-углеродное негативное направление развития.

Компании, производящие аккумуляторы, активно применяют кремний-углеродный катод: кремний-углеродный катод в настоящее время в основном используется в цилиндрических батареях, Ningde Time, Lixin Battery, Guoxuan High-tech, Pryde и других производителях аккумуляторов с аккумуляторной батареей высокой удельной емкости, кремниево-углеродный катод для четкое направление развития.

Кремниево-углеродная батарея является неизбежной тенденцией развития высокой плотности энергии, с преодолением технических узких мест и принятием конечным потребителем, кремниево-углеродный аккумулятор будет стоить дешевле, чтобы достичь массового производства, CNCET ожидает, что через 23 года в Китае будет производиться и потребляться кремний-углеродный анодный материал. достигнет 60 000 тонн, будущий рынок кремний-углеродных анодов имеет большие перспективы.

V Положительный электрод

В разных изделиях используются разные электроды. Литий-железная версия 4680 будет использоваться в моделях малой дальности и энергосберегающих батареях с упором на большее количество циклов; литий-никель-марганцевый аккумулятор 4680 используется в моделях среднего радиуса действия и домашних аккумуляторах; аккумулятор с высоким содержанием никеля 4680 используется в кибертраках и полуавтоматах.

Катодные материалы Теслы в основном ориентированы на производство никеля без кобальта с высоким содержанием никеля, но не предлагают инноваций за пределами основного маршрута: использование монокристаллического маршрута NCA для повышения плотности энергии за счет увеличения напряжения, термическая стабильность материала, сравнимая с литием. фосфат железа.

Тенденция положительного электрода батареи 4680

Аккумулятор 4680 на самом деле имеет три различных материала положительных электродов: хорьки, никель-марганец, высокий уровень никеля.

1) Аккумулятор 4680 в настоящее время в основном основан на высоком никеле.

Версия из высокопрочного никеля 4680 в настоящее время является основным направлением в Tesla, а в будущем в высокозаявленных Cyber Truck и SEMI также может использоваться долговечная и высокопроизводительная версия Model 3 и Model Y.

2) Никель-марганцевая версия аккумулятора 4680 будет соответствовать версии с высоким содержанием никеля.

После того, как 4680 с высоким содержанием никеля станет зрелым, будет разработан никель-марганцевый 4680, который будет применяться в моделях аккумуляторов среднего класса, модели Y и бытовых батареях.

3) Батарея 4680 также будет использовать железо-литиевый положительный заряд.

В батарее 4680 также используется железо-литиевый положительный заряд: на конференции по батареям Tesla не упоминается ее циклическая производительность, поскольку расширение объема анода на основе кремния снижает заряд и разряд, после никель-марганцевой версии технологии аккумуляторов 4680 литиевая версия батареи 4680 Большая вероятность также доступен, применяется к недорогим моделям, энергосберегающим батареям, основным характеристикам с высокой цикличностью.

VI Заключение

Инновационный процесс ядра батареи 4680 - это технология больших ячеек + таблицы + сухих элементов . Аккумулятор 4680 повышает мощность и безопасность аккумулятора, повышает эффективность производства, обеспечивает быструю зарядку; снизить стоимость аккумулятора; плотность энергии, производительность цикла имеет возможности для дальнейшего улучшения. Текущие технические трудности заключаются в производстве и сварке цельнополюсных наконечников сухим электродом. Батарея 4680 является первой, которая будет применена к системе с высоким содержанием никеля, ожидается, что в первой половине 22 лет Tesla и Panasonic начнут массовое производство, будут управлять катодом с высоким содержанием никеля + кремний-углеродным катодом + проводящим агентом из углеродных нанотрубок + большими цилиндрическими структурными компонентами + новый спрос на литиевую соль.

Frequently Asked Questions

1. Что такое аккумулятор 4680?

Японский производитель аккумуляторов представил аккумулятор 4680, который, как обещает Tesla, обеспечит в пять раз большую емкость, но при этом будет дешевле в изготовлении. Калеб Миллер. 29 октября 2021 г. Panasonic. Panasonic представила свою цилиндрическую батарею 4680, которая была представлена на мероприятии Tesla Battery Day в прошлом году.

2. Кто производит батарею 4680?

Панасоник Теперь Panasonic представила свою версию аккумулятора Tesla 4680. Японский гигант, старейший партнер Tesla по производству аккумуляторов, заявляет, что решил несколько технологических проблем, связанных с более крупным элементом, и планирует развернуть линию по производству прототипов.