Da a batteria di lama di BYD, à a batteria senza cobalto di Honeycomb Energy, è dopu à a batteria di ioni di sodiu di l'era CATL, l'industria di e batterie di energia hà sperimentatu innuvazione cuntinua.23 settembre 2020 - Tesla Battery Day, Tesla CEO Elon Musk hà dimustratu à u mondu una nova batteria - a batteria 4680.
Nanzu, e dimensioni di batterie di lithium cilindrica eranu principalmente 18650 è 21700, è 21700 avianu 50% più energia cà 18650.A bateria 4680 hà cinque volte a capacità di cellula di a bateria 21700, è a nova bateria pò riduce u costu per kilowatt-ora da circa 14% è aumentà a gamma di cruciera da 16%.
Musk hà dichjaratu chjaramente chì sta bateria farà pussibule una vittura elettrica di $ 25,000.
Allora, da induve vene sta bateria minacciata ?Dopu, l'analizemu unu per unu.
1. Cosa hè una batterie 4680?
A manera di Tesla di chjamà e batterie di energia hè assai simplice è diretta.A bateria 4680, cum'è u nome suggerisce, hè una bateria cilindrica cù un diametru di una sola cellula di 46 mm è una altezza di 80 mm.
Tre diverse dimensioni di batterie cilindriche di lithium-ion
Comu pò esse vistu da a stampa, paragunatu à a bateria originale 18650 di Tesla è a bateria 21700, a bateria 4680 pare un omu altu è forte.
Ma a bateria 4680 ùn hè micca solu un cambiamentu di dimensione, Tesla hà incorporatu assai tecnulugia novi per migliurà u rendiment.
Siconda, a nova tecnulugia di a bateria 4680
1. Disegnu di l'arechja senza elettrodi
Intuitivamente, u sensu più grande di u 4680 hè chì hè più grande.Allora perchè altri pruduttori ùn anu micca fattu a bateria più grande in u passatu.Questu hè chì u più grande u voluminu è u più altu l'energia, u calore hè più difficiuli di cuntrullà è più grande hè a minaccia di sicurezza da a brucia è l'esplosione.
Tesla apparentemente hà pigliatu ancu questu in considerazione.
In cunfrontu cù a batteria cilindrica precedente, a più grande innovazione strutturale di a batteria 4680 hè u lug senza elettrodi, cunnisciutu ancu u lug pienu.In una bateria cilindrica tradiziunale, i fogli di rame pusitivi è negativi è u separatore di fogli d'aluminiu sò impilati è feriti.Per caccià l'elettrodi, un filu di piombu chjamatu tabulazione hè saldatu à e duie estremità di u fogliu di cobre è di u fogliu d'aluminiu.
A durata di l'avvolgimentu di una bateria tradiziunale 1860 hè 800 mm.Pigliendu u fogliu di rame cù una conducibilità megliu cum'è un esempiu, a lunghezza di e tabulazioni per guidà l'electricità fora di u fogliu di ramu hè 800 mm, chì hè equivalente à u currente chì passa per u filu longu di 800 mm.
Per calculu, a resistenza hè di circa 20mΩ, a durata di l'avvolgimentu di a bateria 2170 hè di circa 1000mm, è a resistenza hè di circa 23mΩ.Pò esse facilmente cunvertisce chì u filmu di u listessu spessore deve esse rotulatu in una batteria 4680, è a durata di u bobina hè di circa 3800 mm.
Ci hè parechje svantaghji per l'aumentu di a durata di u bobina.L'elettroni anu bisognu di viaghjà una distanza più longa per ghjunghje à e tabulazioni à i dui estremità di a bateria, a resistenza aumenterà, è a bateria serà più propensa à u calore.U rendiment di a bateria degraderà è ancu creà prublemi di sicurezza.Per accurtà a distanza percorsa da l'elettroni, a bateria 4680 usa a tecnulugia di l'orechja senza elettrodi.
A tabulazione senza elettrodi ùn hà micca tabulazione, ma trasforma tuttu u cullettivu attuale in una tabulazione, u percorsu conduttivu ùn dipende più da a tabulazione, è u currente hè trasferitu da a trasmissione laterale longu à a tabulazione à a piastra di u cullettore à a trasmissione longitudinale di u cullettore attuale.
L'intera lunghezza conduttiva hè cambiata da 800 à 1000 mm di 1860 o 2170 lunghezza di foglia di rame à 80 mm (altezza di a bateria).A resistenza hè ridutta à 2mΩ, è u cunsumu di resistenza interna hè ridutta da 2W à 0.2W, chì hè direttamente ridutta da un ordine di grandezza.
Stu disignu riduce assai l'impedenza di a bateria è risolve u prublema di riscaldamentu di a bateria cilindrica.
Da una banda, a tecnulugia di l'orechja senza elettrodi aumenta l'area di cunduzzione attuale, riduce a distanza di cunduzzione attuale è riduce assai a resistenza interna di a bateria;a riduzzione di a resistenza interna pò riduce u fenomenu di offset attuale è allargà a vita di a bateria;a riduzzione di a resistenza pò ancu riduce a generazione di calore, è l'elettrodu revestimentu conduttivu L'area di cuntattu efficace trà a capa è a tappa di a batteria pò ghjunghje à 100%, chì ponu migliurà a capacità di dissipazione di u calore.
A bateria 4680 adopta un novu tipu di tecnulugia di l'orechja senza elettrodi in quantu à a struttura di e cellule, chì pò riduce i costi è aumenta l'efficienza.Per d 'altra banda, u prucessu di saldatura di e tabulazioni hè omessa, l'efficienza di a produzzione hè migliurata, è a rata di difetti causati da a saldatura pò esse ridutta à u stessu tempu.
Schema schematicu di a struttura di u monopolu è u polu pienu
2. Cumminatu cù a tecnulugia CTC
In generale, più grande hè a dimensione di a batteria, menu batterie deve esse installate in u stessu veiculu.Cù 18650 cellule, una Tesla hà bisognu di 7100 cellule.Sè vo aduprate batterie 4680, avete bisognu solu 900 batterie.
U menu batterie, u più veloce ponu esse assemblati, u più altu l'efficienza, u menu chance di prublemi in i ligami intermedi, è u prezzu più prezzu.Sicondu Tesla, u grande 4680 pò riduce u prezzu di produzzione di batterie da 14%.
Per migliurà a densità energetica di u pacchettu di bateria, a bateria 4680 serà cumminata cù a tecnulugia CTC (Cell to Chassis).Hè di integrà e cellule di bateria direttamente in u chassis.Sguassendu cumplettamente i moduli è i pacchetti di batterie, e cellule di a batteria diventanu più compatte, u numeru di parti di a bateria serà ridutta assai, è l'utilizazione di u spaziu di u chassis serà ancu assai megliu.
CTC hà certi esigenze nantu à a forza strutturale di a bateria.A batteria stessa hà da purtà assai forza meccanica.In cunfrontu cù e batterie 18650 è 2170, a batteria sola 4680 hà una forza strutturale più grande è una forza strutturale più altu, è a batteria generale di a cunchiglia quadrata hè una cunchiglia d'aluminiu.A cunchiglia 4680 hè fatta di acciaio inox, è a forza strutturale inherente hè garantita.
In cunfrontu cù a bateria di cunchiglia quadrata, u layout di a bateria cilindrica serà più flexible, pò adattà à una varietà di chassis diffirenti, è pò esse megliu cumminatu cù u situ.
Sicondu a ricerca è u ghjudiziu di "EMF", a tecnulugia CTC hè a tuyera di i veiculi d'energia nova in 2022, è hè ancu una furchetta in a strada.
L'integrazione di a bateria in u corpu pò fà u mantenimentu di u veiculu estremamente complicatu, è a bateria hè difficiule di rimpiazzà indipindente.I prezzi di u serviziu dopu a vendita aumenteranu, è questi costi seranu direttamente trasmessi à i cunsumatori, cum'è i costi d'assicuranza.Ancu s'ellu Musk dichjara ch'elli anu disignatu rails di riparazione chì ponu esse tagliati è rimpiazzati, ci vulerà tempu per vede quantu funziona.
Parechje cumpagnie di vitture anu prupostu i so solu suluzioni tecnichi CTC, perchè micca solu rearranges a bateria, ma ancu bisognu di cambià a struttura di u corpu.Questu hè ligatu à a re-divisione di u travagliu in a catena di furnimentu di l'industrii cunnessi.
CTC hè solu una strada tecnica.Hè un corpu di batteria integratu, disassemblatu senza cambiamenti.Ci hè una altra tecnulugia à traversu da ellu - u scambiu di bateria.A tecnulugia di scambiu di bateria hè faciule da disassemble, ma a bateria face una grande cuntribuzione à a forza di a bateria.Cumu sceglie queste duie rotte hè un ghjocu trà i fornitori di batterie è l'OEM.
A tecnulugia CTC cumminata cù a batteria 4680
3. Innuvazione in u prucessu di pruduzzione di batterie, materiali di cathode è anodu
Tesla utilizerà u prucessu di l'elettrodu di a batteria secca, invece di utilizà un solvente, una piccula quantità (circa 5-8%) di un legante di PTFE finamente pulverulatu hè mischju cù u polu di l'elettrodu pusitivu / negativu, passatu per un extruder per furmà una striscia fina di materiale di l'elettrodu, è dopu Una striscia di materiale di l'elettrodu hè stata laminata à un collettore di corrente metallica per furmà l'elettrodu finitu.
A bateria prodotta in questu modu hè più ecologica.È stu prucessu aumenterà a densità energetica di a bateria è riduce u cunsumu energeticu di a produzzione per 10 volte.A tecnulugia di l'elettrodu seccu hè prubabile di diventà u benchmark tecnologicu per a prossima generazione.
Tecnulugia di l'elettrodu seccu di a batteria Tesla 4680
In quantu à i materiali di cathode, Tesla hà dettu chì eliminà ancu l'elementu di cobalt in u cathode.Cobalt hè caru è scarsu.Pò esse minatu solu in pochi paesi in u mondu, o in paesi africani instabili cum'è u Congo.Se a bateria pò veramente caccià l'elementu di cobalt, si pò dì chì hè una grande innovazione tecnologica.
Cobaltu
In quantu à i materiali di l'anodu, Tesla hà da principià cù materiali di siliciu è aduprà più siliciu per rimpiazzà u grafite attualmente utilizatu.A capacità teorica specifica di l'elettrodu negativu basatu in siliciu hè altu cum'è 4200mAh / g, chì hè deci volte più altu ch'è quellu di l'elettrodu negativu di grafite.Tuttavia, l'elettrodi negativi basati in siliciu anu ancu prublemi cum'è l'espansione di u voluminu faciule di u siliciu, una cattiva conduttività elettrica è una grande perdita iniziale di carica di scaricamentu.
Per quessa, a migliione di u rendiment di i materiali hè in realtà di truvà un equilibriu trà a densità di l'energia è a stabilità, è l'attuali prudutti di l'anodi basati in siliciu sò dopati cù siliciu è grafite per l'usu compositu.
Tesla pensa à cambià fundamentalmente a malleabilità di a superficia di silicuu per fà menu propensu à a rottura, una tecnulugia chì ùn solu permette à e batterie di carricà più veloce, ma ancu aumenta a vita di a bateria di 20 per centu.Tesla hà chjamatu u novu materiale "Tesla Silicon", è u costu hè $ 1.2 / KWh, chì hè solu un decimu di u prucessu di siliciu strutturatu esistenti.
L'anodi basati in siliciu sò cunsiderati cum'è i materiali di l'anodi di batteria di litiu di a prossima generazione.
Uni pochi mudelli nantu à u mercatu anu cuminciatu à aduprà materiali anodi basati in silicone.I mudelli cum'è u Tesla Model 3 incorporanu digià picculi quantità di silicuu in l'elettrodu negativu.Ricertamenti, u mudellu GAC AION LX Plus hè statu lanciatu.A versione Qianli hè furnuta cù a tecnulugia di a batteria di chip anode spugna di silicone, chì pò ottene 1 000 chilometri di vita di a bateria.
Batteria 4680 anodu di silicone
Per riassume i vantaghji di a tecnulugia di a batteria 4680 hè chì pò migliurà u rendiment mentre riduce i costi.
3. L'impattu largu di 4680 batterie
A bateria 4680 ùn hè micca una rivoluzione tecnologica subversiva, micca un avanzu in a densità di energia, ma più di una innovazione in a tecnulugia di prucessu.
Tuttavia, guidatu da Tesla, per u mudellu attuale di u novu mercatu di l'energia, a pruduzzione di batterie 4680 cambierà u mudellu di batterie esistenti.L'industria inevitabbilmente sparghjera una onda di batterie cilindriche di grande volume.
Sicondu i rapporti, Panasonic pensa à inizià a produzzione in massa di 4680 batterie di grande capacità per Tesla à principiu di 2023.U novu investimentu serà finu à 80 miliardi di yen (circa 704 milioni di $).Samsung SDI è LG Energy anu ancu unitu à u sviluppu di a bateria 4680.
In u paese, Yiwei Lithium Energy hà annunziatu chì a so filiale Yiwei Power pensa à custruisce una linea di produzzione di batterie cilindrica 20GWh grande per i veiculi di passageri in Jingmen High-tech Zone.BAK Battery è Honeycomb Energy entreranu ancu in u campu di grandi batterie cilindriche.BMW è CATL sò ancu attivamente implementate grandi batterie cilindriche, è u mudellu di basa hè statu determinatu.
Disposizione di batterie cilindrica di i fabbricanti di batterie
Quartu, a forza elettromotrice hà qualcosa à dì
L'innuvazione strutturale di a grande batteria cilindrica senza dubbitu prumove u sviluppu di l'industria di a bateria di energia.Ùn hè micca simplice quant'è solu l'aghjurnamentu da a 5a batteria à a 1a batteria.U so corpu grassu hà grandi dumande.
U costu di a bateria hè vicinu à u 40% di u costu di tuttu u veiculu.L'impurtanza di a bateria cum'è u "core" hè evidenti.In ogni casu, cù a popularità di i veiculi di l'energia nova, a dumanda di batterie cresce ghjornu per ghjornu, è u prezzu di i materiali cresce.L'innuvazione di e batterie hè diventata un modu impurtante per l'imprese di vitture per sviluppà.
Cù u sviluppu di e tecnulugii ligati à a batteria, i veiculi elettrichi assequibili sò ghjustu à l'angulu!
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