De la klingobaterio de BYD, ĝis la senkobalta baterio de Honeycomb Energy, kaj poste ĝis la natria jona baterio de la CATL-epoko, la potenca baterio-industrio spertis kontinuan novigon.La 23-an de septembro 2020 - Tesla Battery Day, Tesla CEO Elon Musk montris al la mondo novan kuirilaron - la 4680-baterion.
Antaŭe, la grandecoj de cilindraj litiobaterioj estis ĉefe 18650 kaj 21700, kaj 21700 havis 50% pli da energio ol 18650.La 4680-kuirilaro havas kvinoble la ĉelan kapaciton de la 21700-baterio, kaj la nova baterio povas redukti la koston po kilovato-horo je ĉirkaŭ 14% kaj pliigi la krozan gamon je 16%.
Musk malakre deklaris, ke ĉi tiu baterio ebligos elektran aŭton de $25,000.
Do, de kie venis ĉi tiu minaca kuirilaro?Poste ni analizas ilin unu post la alia.
1. Kio estas 4680-baterio?
La maniero de Tesla nomi potencajn bateriojn estas tre simpla kaj simpla.La 4680 baterio, kiel la nomo sugestas, estas cilindra baterio kun ununura ĉela diametro de 46mm kaj alteco de 80mm.
Tri malsamaj grandecoj de litio-jonaj cilindraj baterioj
Kiel videblas de la bildo, kompare kun la originala baterio 18650 kaj 21700 de Tesla, la baterio 4680 aspektas kiel alta kaj forta viro.
Sed la 4680-kuirilaro ne estas nur grandeco-ŝanĝo, Tesla korpigis multajn novajn teknologiojn por plibonigi rendimenton.
Due, la nova teknologio de 4680 baterio
1. Elektrodeless oreldezajno
Intuicie, la plej granda sento de la 4680 estas, ke ĝi estas pli granda.Do kial aliaj fabrikantoj ne pligrandigis la kuirilaron en la pasinteco.Ĉi tio estas ĉar ju pli granda la volumeno kaj des pli alta la energio, la varmo estas pli malfacile regebla kaj des pli granda la sekureca minaco de brulado kaj eksplodo.
Tesla ŝajne konsideris ĉi tion ankaŭ.
Kompare kun la antaŭa cilindra baterio, la plej granda struktura novigado de la 4680 baterio estas la senelektroda lug, ankaŭ konata kiel la plena lug.En tradicia cilindra baterio, la pozitivaj kaj negativaj kupraj folioj kaj la aluminia folio apartigilo estas stakigitaj kaj bobenitaj.Por eltiri la elektrodojn, plumbodrato nomita la klapeto estas veldita al la du finoj de la kupra folio kaj la aluminia folio.
La volvaĵlongo de tradicia 1860 baterio estas 800mm.Prenante la kupran folion kun pli bona konduktiveco kiel ekzemplon, la longo de la langetoj por gvidi la elektron el la kupra folio estas 800mm, kio estas ekvivalenta al la fluo trapasanta la 800mm longa drato.
Laŭ kalkulo, la rezisto estas ĉirkaŭ 20mΩ, la bobena longo de la 2170-baterio estas ĉirkaŭ 1000mm, kaj la rezisto estas ĉirkaŭ 23mΩ.Ĝi povas esti facile konvertita, ke la filmo de la sama dikeco devas esti rulita en 4680-baterion, kaj la volvaĵlongo estas ĉirkaŭ 3800mm.
Estas multaj malavantaĝoj pliigi la bobenan longon.La elektronoj devas vojaĝi pli longan distancon por atingi la langetojn ĉe ambaŭ finoj de la baterio, la rezisto pliiĝos, kaj la baterio estos pli inklina al varmo.La agado de la baterio degradis kaj eĉ kreos sekurecajn problemojn.Por mallongigi la distancon vojaĝitan de la elektronoj, la 4680 baterio uzas senelektrodan orelteknologion.
La senelektroda klapeto ne havas klapetojn, sed igas la tutan kurentkolektilon en langeton, la kondukta vojo ne plu dependas de la langeto, kaj la fluo estas translokigita de la flanka transdono laŭ la langeto al la kolektantoplato al la longituda transdono de la nuna kolektanto.
La tuta kondukta longo ŝanĝiĝis de 800 ĝis 1000 mm de 1860 aŭ 2170 kupra folilongo al 80 mm (baterio alteco).La rezisto estas reduktita al 2mΩ, kaj la interna rezistokonsumo estas reduktita de 2W al 0.2W, kiu estas rekte reduktita per ordo de grandeco.
Ĉi tiu dezajno multe reduktas la impedancon de la baterio kaj solvas la hejtproblemon de la cilindra baterio.
Unuflanke, la senelektroda orelteknologio pliigas la nunan konduktan areon, mallongigas la nunan konduktan distancon kaj multe reduktas la internan reziston de la baterio;la redukto de la interna rezisto povas redukti la nunan kompensan fenomenon kaj plilongigi la baterian vivon;la redukto de la rezisto ankaŭ povas redukti la varmegon, kaj la elektrodo kondukta tegaĵo La efika kontakta areo inter la tavolo kaj la kuirilaro fina ĉapo povas atingi 100%, kio povas plibonigi la varmodisipa kapaciton.
La baterio 4680 adoptas novan specon de senelektroda orelteknologio laŭ ĉela strukturo, kiu povas redukti kostojn kaj pliigi efikecon.Aliflanke, la velda procezo de la langetoj estas preterlasita, la produktada efikeco estas plibonigita, kaj la difekta indico kaŭzita de veldado povas esti reduktita samtempe.
Skema diagramo de monopolo kaj plenpolusa strukturo
2. Kombinita kun CTC-teknologio
Ĝenerale, ju pli granda estas la pilo, des malpli da baterioj devas esti instalitaj en la sama veturilo.Kun 18650 ĉeloj, Tesla bezonas 7100 ĉelojn.Se vi uzas 4680 bateriojn, vi bezonas nur 900 bateriojn.
Ju malpli da baterioj, des pli rapide ili povas esti kunmetitaj, des pli alta la efikeco, des malpli da ŝanco de problemoj en la mezaj ligiloj, kaj des pli malmultekosta la prezo.Laŭ Tesla, la granda 4680 povas redukti la produktoprezon de kuirilaroj je 14%.
Por plibonigi la energian densecon de la kuirilaro, la baterio 4680 estos kombinita kun teknologio CTC (Cell to Chassis).Ĝi estas integri la bateriajn ĉelojn rekte en la ĉasion.Tute forigante la modulojn kaj kuirilarojn, la bateriaj ĉeloj fariĝas pli kompaktaj, la nombro da bateriaj partoj multe malpliiĝos, kaj la spaca utiligo de la ĉasio ankaŭ multe pliboniĝos.
CTC havas iujn postulojn pri la struktura forto de la baterio.La kuirilaro mem devas porti multan mekanikan forton.Kompare kun la 18650 kaj 2170 kuirilaroj, la 4680 ununura baterio havas pli grandan strukturan forton kaj pli altan strukturan forton, kaj la ĝenerala kvadrata ŝelo-baterio estas aluminio-ŝelo.La 4680-ŝelo estas farita el neoksidebla ŝtalo, kaj la eneca struktura forto estas garantiita.
Kompare kun la kvadrata ŝelbaterio, la aranĝo de la cilindra baterio estos pli fleksebla, povas adaptiĝi al diversaj malsamaj ĉasioj kaj povas esti pli bone kombinita kun la retejo.
Laŭ la esplorado kaj juĝo de "EMF", CTC-teknologio estas la tuyero de novaj energiaj veturiloj en 2022, kaj ĝi ankaŭ estas forko en la vojo.
La integriĝo de la kuirilaro en la korpon povas igi la prizorgadon de la veturilo ekstreme komplika, kaj la baterio estas malfacile anstataŭigi sendepende.La prezoj de postvenda servo pliiĝos, kaj ĉi tiuj kostoj estos rekte transdonitaj al konsumantoj, kiel asekurkostoj.Kvankam Musk asertas, ke ili desegnis riparajn relojn, kiuj povas esti tranĉitaj kaj anstataŭigitaj, necesos tempo por vidi kiom bone ĝi funkcios.
Multaj aŭtomobilaj kompanioj proponis siajn proprajn teknikajn solvojn de CTC, ĉar ĝi ne nur reordigas la kuirilaron, sed ankaŭ bezonas ŝanĝi la korpostrukturon.Ĉi tio rilatas al la redivido de laboro en la provizoĉeno de rilataj industrioj.
CTC estas nur teknika vojo.Ĝi estas bateria korpo integrita, senŝanĝa malmuntado.Estas alia teknologio trans ĝi - baterio-interŝanĝo.La baterio-interŝanĝa teknologio estas facile malmuntebla, sed la baterio faras grandan kontribuon al la forto de la kuirilaro.Kiel elekti ĉi tiujn du itinerojn estas ludo inter kuirilaraj provizantoj kaj OEM-oj.
CTC-teknologio kombinita kun 4680-baterio
3. Novigo en kuirilaro produktadprocezo, katodo kaj anodaj materialoj
Tesla uzos la sekan kuirilan elektrodprocezon, anstataŭ uzi solvilon, malgranda kvanto (ĉirkaŭ 5-8%) de fajne pudra PTFE-ligilo estas miksita kun pozitiva/negativa elektrodpulvoro, trapasita tra extruder por formi maldikan strion de elektrodmaterialo, kaj tiam Strio el elektrodmaterialo estis lamenigita al metala folio kurentkolektilo por formi la pretan elektrodon.
La kuirilaro produktita tiamaniere estas pli ekologiema.Kaj ĉi tiu procezo pliigos la energian densecon de la kuirilaro kaj reduktos la energian konsumon de produktado je 10 fojojn.Seka elektroda teknologio verŝajne fariĝos la teknologia komparnormo por la venonta generacio.
Tesla 4680 baterio seka elektrodo teknologio
Koncerne al katodaj materialoj, Tesla diris, ke ĝi ankaŭ forigos la kobaltan elementon en la katodo.Kobalto estas multekosta kaj malabunda.Ĝi povas esti elminita nur en tre malmultaj landoj en la mondo, aŭ en malstabilaj afrikaj landoj kiel Kongo.Se la baterio vere povas forigi la kobaltan elementon, oni povas diri, ke ĝi estas grava teknologia novigo.
Kobalto
Koncerne anodaj materialoj, Tesla komencos per siliciaj materialoj kaj uzos pli da silicio por anstataŭigi la grafiton nuntempe uzatan.La teoria specifa kapablo de la silicio-bazita negativa elektrodo estas same alta kiel 4200mAh/g, kiu estas dekoble pli alta ol tiu de la grafita negativa elektrodo.Tamen, silici-bazitaj negativaj elektrodoj ankaŭ havas problemojn kiel ekzemple facila volumenovastiĝo de silicio, malbona elektra kondukteco, kaj granda komenca ŝarg-senŝargi perdo.
Tial, la agado-plibonigo de materialoj estas fakte trovi ekvilibron inter energia denseco kaj stabileco, kaj la nunaj silicio-bazitaj anodaj produktoj estas dopitaj per silicio kaj grafito por kunmetaĵa uzo.
Tesla planas fundamente ŝanĝi la maleblon de la silicia surfaco por igi ĝin malpli inklina al rompiĝo, teknologio kiu ne nur permesas al baterioj ŝargi pli rapide, sed ankaŭ pliigas la baterian vivon je 20 procentoj.Tesla nomis la novan materialon "Tesla Silicon", kaj la kosto estas $1.2/KWh, kio estas nur unu dekono de la ekzistanta strukturita silicia procezo.
Silici-bazitaj anodoj estas rigardataj kiel la venontgeneraciaj litiobateria anodmaterialoj.
Kelkaj modeloj sur la merkato komencis uzi silicio-bazitajn anodmaterialojn.Modeloj kiel la Tesla Model 3 jam korpigas malgrandajn kvantojn de silicio en la negativa elektrodo.Lastatempe, la modelo GAC AION LX Plus estis lanĉita.La Qianli-versio estas ekipita per sponga silicia anoda blato-baterio teknologio, kiu povas atingi 1,000 kilometrojn da bateria vivo.
4680 baterio silicio anodo
Resumi la avantaĝojn de 4680-bateria teknologio estas, ke ĝi povas plibonigi rendimenton reduktante kostojn.
3. La ampleksa efiko de 4680-kuirilaroj
La 4680-kuirilaro ne estas subfosa teknologia revolucio, ne sukceso en energia denseco, sed pli ol novigo en proceza teknologio.
Tamen, pelita de Tesla, por la nuna ŝablono de la nova energimerkato, la produktado de 4680-kuirilaroj ŝanĝos la ekzistantan kuirilaran ŝablonon.La industrio neeviteble ekigos ondon de grandvolumaj cilindraj baterioj.
Laŭ raportoj, Panasonic planas komenci amasproduktadon de 4680 grandkapacaj baterioj por Tesla komence de 2023.La nova investo estos tiom alta kiel 80 miliardoj da enoj (ĉirkaŭ 704 milionoj da usonaj dolaroj).Samsung SDI kaj LG Energy ankaŭ aliĝis al la evoluo de la 4680-baterio.
Enlande, Yiwei Lithium Energy anoncis, ke ĝia filio Yiwei Power planas konstrui 20GWh grandan cilindran baterian produktadlinion por pasaĝerveturiloj en Jingmen High-tech Zone.BAK Battery kaj Honeycomb Energy ankaŭ eniros la kampon de grandaj cilindraj baterioj.BMW kaj CATL ankaŭ aktive deplojas grandajn cilindrajn bateriojn, kaj la baza ŝablono estis determinita.
Cilindra Bateria Aranĝo de Bateria Fabrikistoj
Kvare, la elektromova forto havas ion por diri
La struktura novigado de la granda cilindra baterio sendube antaŭenigos la disvolviĝon de la elektra kuirilaro.Ĝi ne estas tiel simpla kiel nur ĝisdatigi de la 5-a baterio al la 1-a baterio.Ĝia grasa korpo havas grandajn demandojn.
La kosto de la baterio estas proksima al 40% de la kosto de la tuta veturilo.La graveco de la baterio kiel la "koro" estas memkomprenebla.Tamen, kun la populareco de novaj energiaj veturiloj, la postulo de baterioj pliiĝas tago post tago, kaj la prezo de materialoj pliiĝas.La novigado de kuirilaroj fariĝis grava maniero por aŭtomobilaj kompanioj disvolviĝi.
Kun la evoluo de baterio-rilataj teknologioj, atingeblaj elektraj veturiloj estas tuj ĉirkaŭ la angulo!
Afiŝtempo: Jun-13-2022