Batterie Tesla 4680 - innovation technologique et développement de la chaîne industrielle
Batterie Tesla 4680 est l'une des technologies les plus innovantes de Tesla, et ses excellentes performances dans le domaine des véhicules électriques en font une technologie clé pour le développement de l'industrie automobile. l'industrie des piles au lithiumCette batterie, qui apporte des changements révolutionnaires, présente un certain nombre d'avantages qui ouvrent de nouvelles perspectives pour le développement futur des véhicules électriques.
Table des matières
Qu'est-ce que la batterie 4680 ?
"4680" représente la spécification de taille du diamètre et de la hauteur de la batterie. La batterie 4680 a un diamètre de 46 mm et une hauteur de 80 mm. Par rapport à la batterie traditionnelle d'un véhicule électrique, son volume plus important, sa capacité plus élevée et sa densité énergétique plus forte permettent d'augmenter l'autonomie et les performances de la batterie.
Avantages de la batterie 4680
Par rapport à la structure de la batterie 21700 à cosse unipolaire, la batterie 4680 adopte la conception de la cosse unipolaire + plaque collectrice, tandis que le schéma principal adopte la nouvelle configuration du pôle positif au fond de la rainure de la coque et la plaque de couverture soudée au laser pour sceller la rainure de la coque.
En termes de processus de traitement, par rapport à la batterie 21700, la batterie 4680 a augmenté le découpage de la cosse, le malaxage, le soudage au laser du collecteur, la formation de l'ouverture, le soudage au laser de la plaque de recouvrement. La capacité des cellules de la batterie 4680 est 5 fois supérieure à celle de la batterie 21700, ce qui peut améliorer 16% du kilométrage du modèle correspondant, et la puissance de sortie est 6 fois plus élevée que celle de la batterie 21700.
À l'heure actuelle, la batterie Tesla 4680 a autoproduit 1 million de batteries en janvier 2023, avec un rendement moyen de 92% et un rendement maximal de 97%, et le rendement a atteint le niveau de production de masse.
Deux schémas structurels de 4680
Schéma traditionnel : l'extrémité de la patte négative fait face au fond de la rainure de la coque en acier, et la patte positive sort de l'extrémité ouverte et est soudée à l'extrémité positive. La base de la coque en acier est soudée avec la patte négative tous pôles à travers la rainure par soudage par pénétration au laser pulsé.
●Advantages : la structure sans collecteur négatif n'occupe pas l'espace dans le sens de la hauteur de la coque en acier, ce qui améliore le taux d'utilisation de l'espace ;
●Désavantages : lorsque l'épaisseur de la paroi de la batterie augmente, il est difficile de souder fermement la patte de fixation au fond du boîtier par soudage.
Nouveau régime : la plaque collectrice positive est directement soudée à la colonne positive, la colonne positive est collée sur l'ouverture au fond de la rainure de la coquille, et il y a un joint isolant entre eux, la cellule de la batterie est une structure de cosse à pôle complet.
Les deux extrémités sont reliées aux plaques collectrices positive et négative et le pôle est relié électriquement par la plaque collectrice positive et la batterie, la coque et la plaque collectrice négative sont reliées électriquement, la plaque de couverture et la coque sont reliées par l'encoche et la plaque de couverture est gravée de lignes antidéflagrantes.
La batterie 4680 ouvre de nouvelles perspectives à l'industrie des matériaux pour batteries
Auparavant, en raison de la baisse des subventions, les exigences en matière de réduction des coûts, les problèmes de sécurité étaient évidents. Les principaux matériaux auxiliaires ont ralenti leur progression vers une énergie élevée et un taux de modernisation élevé, et la batterie Tesla 4680 devrait devenir un nouvel élément moteur de la modernisation.
La perméabilité/le dosage des principaux matériaux auxiliaires tels que la cathode à haute teneur en nickel, l'anode en carbone silicium, le supplément de lithium, les nanotubes de carbone, le LiFSI, le PVDF devraient augmenter.
1) Cathode à forte teneur en nickel : Avec une tension de fonctionnement et une capacité spécifique élevées, c'est un matériau de cathode potentiel pour les batteries d'énergie ;
2) Anode en carbone à base de silicium : La capacité spécifique du silicium pur, matériau idéal pour les anodes de la prochaine génération, est dix fois supérieure à celle du graphite ;
3) Supplément de lithium : Outre le faible premier effet de l'anode en carbone silicium, le film SEI "respirera" la régénération pendant le processus de cycle, ce qui réduit la durée de vie du cycle, et la demande de supplément de lithium est de plus en plus forte ;
4) Les nanotubes de carbone : En raison de la faible conductivité des anode à base de silicium il est nécessaire d'ajouter des nanotubes de carbone (NTC) pour augmenter la conductivité entre les substances actives et améliorer la densité énergétique de la batterie ;
5) LiFSi : Un nouveau type de sel de lithium adapté aux batteries à haute teneur en nickel, à haute tension et à haut débit ;
En ce qui concerne les pièces structurelles, étant donné que la batterie Tesla 4680 adopte une nouvelle configuration, le seuil de fabrication a été relevé, ce qui fait que les pièces structurelles se tournent vers la personnalisation, l'approvisionnement en plaques de recouvrement, la disposition est optimisée et la valeur des produits individuels est augmentée.
En termes d'équipement, la quantité de découpage au laser, de soudage au laser et d'autres processus a augmenté, et les exigences de haute précision ont accru la valeur de l'équipement connexe. L'usine de batteries de tête prévoit de nouvelles capacités de production, et l'équipement d'emboutissage de la coque devrait être remplacé par une fabrication chinoise.
En outre, comme toutes les pattes sont étroitement disposées, il est difficile d'utiliser la découpe du métal et, dans certains cas, la largeur des pattes varie sur la longueur du poteau, de sorte que la découpe au laser est plus appropriée. Le matériel de soudage au laser bénéficie du projet de batterie Tesla 4680, et les principales usines de batteries de l'industrie superposée prévoient également de disposer d'une capacité de production, ce qui devrait entraîner une augmentation rapide du volume.
Fournisseurs de matériaux principaux pour les batteries 4680 : CNGR (haute teneur en nickel), Easpring Technology (haute teneur en nickel), Putailai (carbone silicium), Shanshan (carbone silicium), Dynanonic (supplément de lithium), Ke Dali (coquille), Cnano Technology (nanotubes de carbone), Tinci Materials (LiFSI), Capchem (LiFSI), BRT (nickel élevé+nanotubes de carbone), Fangyuan (nickel élevé), Slac (coquille), Hymson (équipement de découpe au laser), Uwlaser (équipement de soudage au laser), JDM (équipement d'emboutissage).
Difficultés liées à la production de masse de la batterie 4680
La nouvelle structure de la batterie Tesla 4680 pose des problèmes de réalisation du processus et de cohérence, ce qui affecte le taux de rendement de la batterie.
Revêtement : Le bord incurvé du revêtement de la patte de fixation de tous les pôles exige une plus grande précision du dispositif (la zone vierge de l'anneau extérieur devient de plus en plus importante par rapport à l'anneau intérieur, et la longueur de la patte de fixation du pôle est plus longue que celle de l'anneau extérieur).
Découpe de l'oreille du poteau : Si le bord est inégal, il en résultera un écart dans la fixation de la patte de fixation du poteau.
Soudage au laser : Soudage de la cosse de tous les pôles et de la plaque collectrice, augmentation des points de soudure (le nombre de joints de soudure dans la batterie Tesla 4680 est plus de cinq fois supérieur à celui de la batterie 21700), facilité de création de soudure virtuelle ou de diaphragme endommagé par la température élevée.
Pétrissage : Des copeaux métalliques sont produits.
Injection de liquide : Il est difficile d'injecter du liquide après le recouvrement des pattes de tous les pôles, ce qui nuit à la continuité de la production.
Les avantages de la batterie Tesla 4680
Tesla a amélioré la conception de la batterie Tesla 4680 en y ajoutant des éléments de grande taille, des cosses sur tous les pôles, une forte teneur en nickel et en silicium, ainsi qu'un système de contrôle de la température (CCT), afin d'obtenir un certain nombre d'avantages en termes de performances :
1) Longue endurance : La densité énergétique de la batterie Tesla 4680 augmente >20% ;
2) Chargement rapide : La cosse omnipolaire optimise les performances thermoélectriques de la batterie et peut supporter un courant élevé supérieur à 4C ;
3) Faible coût : Grande batterie + haute densité énergétique, réduisant le coût d'une seule Wh.
En outre, la batterie Tesla 4680, en raison de ses meilleures performances en matière de sécurité thermique et de ses avantages en termes de répartition uniforme des contraintes internes, convient mieux aux systèmes à forte teneur en nickel et en silicium qu'aux batteries carrées. On s'attend à ce que les voitures bas de gamme utilisent davantage le système carré+CTP au phosphore, et que les voitures haut de gamme utilisent davantage le système 4680+CTC à haute teneur en nickel et en silicium.
Les principaux fournisseurs mondiaux de batteries, tels que LG, Panasonic, Samsung, CATL, EVE energy, etc., ont également suivi la présentation de la batterie Tesla 4680. La batterie Tesla 4680 devrait marquer un point d'inflexion sous l'impulsion de Tesla et des principaux fabricants de batteries.
Innovation technologique de la batterie Tesla 4680
Adopter l'ergot à tous les pôles ● Réduire la résistance : La conception de la cosse omnipolaire permet de réduire la trajectoire du flux d'électrons et de réduire la résistance interne. Les électrons de la batterie 21700 traversent toute la longueur de la feuille polaire enroulée dans le collecteur, le chemin est d'environ 1000 mm et l'impédance correspondante est supérieure à 20mΩ selon la conductivité électrique du cuivre.
Dans la cellule omnipolaire de la batterie Tesla 4680, le trajet des électrons qui circulent dans le fluide collecteur n'est que la longueur axiale, c'est-à-dire 80 mm, et l'impédance correspondante est de 2mΩ.
● Réduire le feu En termes de production de chaleur, la chaleur est réduite à mesure que la résistance diminue (la chaleur de la batterie à cosses unipolaires n'est que 1/5 de celle de la batterie à cosses unipolaires). En ce qui concerne la dissipation de la chaleur, un chemin de forte conductivité thermique est formé le long de la direction radiale, et seule la plaque froide peut être disposée en bas (le 21700 original est une paroi latérale de refroidissement à tube serpentin), ce qui réduit la difficulté de la gestion thermique et de la consommation d'énergie.
En résumé, la perte d'électricité et d'énergie thermique est faible, ce qui permet de s'affranchir de la contrainte selon laquelle l'énergie et la densité de puissance ne peuvent pas être augmentées en même temps, et d'obtenir une longue durée de vie de la batterie et une charge rapide.
● Simplifier le processus
La plaque de poteau des modèles 21700/18650 doit laisser une zone vide pour l'attache de poteau, et l'attache de poteau complète permet d'éviter le revêtement zébré et de simplifier l'installation de la plaque de poteau. production de batteries processus.
Adoption de nickel et de silicium à haute teneur
En principe, la batterie cylindrique 4680 n'est qu'une forme d'emballage, et il n'y a pas de limite au système de matériaux. Cependant, du point de vue de l'application, la teneur élevée en nickel et en silicium peut faire jouer les avantages du grand cylindre 4680 avec une meilleure performance thermique et une distribution uniforme des contraintes internes par rapport à la batterie carrée.
● Densité d'énergie
L'efficacité d'intégration de la pile cylindrique étant inférieure à celle de la pile carrée, pour obtenir une pile de même densité énergétique, la densité énergétique de la pile cylindrique doit être supérieure à celle de la pile carrée. Par conséquent, pour obtenir une densité énergétique plus élevée, le cylindre a naturellement besoin d'une grande quantité de nickel.
● Degré élevé d'adaptation au nickel Le cylindre convient mieux au nickel élevé que le carré. La raison principale est que le carré à haute teneur en nickel est la surface de contact, et que la pile unique est grande, la production de chaleur dans le corps n'est pas facile à évacuer, et la conception de l'emballement thermique n'est pas facile à contrôler.
D'autre part, les propriétés chimiques du fer-lithium sont stables et les exigences en matière de dissipation de la chaleur et d'emballement thermique sont moindres, de sorte que le CTP carré convient parfaitement à la batterie du système fer-lithium, en exploitant pleinement les avantages d'une intégration carrée élevée, mais la conception de l'emballement thermique est difficile. La batterie au lithium 4680 a perdu les avantages de la 4680 dans les voitures particulières, et pourrait être utilisée à l'avenir dans les véhicules à deux roues et les outils électriques.
En outre, en raison de l'expansion de l'électrode négative après l'ajout de silicium, la dispersion des contraintes internes de la forme cylindrique est plus uniforme que celle de la forme carrée, ce qui peut facilement entraîner la rupture des particules dans ce schéma, affectant ainsi les performances et la durée de vie. Par conséquent, afin d'augmenter la densité énergétique de la cellule, une solution à forte teneur en silicium et en nickel est sélectionnée.
Réaliser un faible coût ● Coût des matières inactives Prenons l'exemple des pièces structurelles : la coque et le bouchon de la batterie 21700 coûtent 2 RMB, la 4680 coûte actuellement environ 10 RMB. La batterie longue durée M3 doit utiliser des éléments de batterie 21700/4680 4400/960, ce qui correspond actuellement à la valeur de 8800/9600, de sorte que le coût des pièces structurelles de la batterie de bicyclette est pratiquement stable. L'espace de réduction des prix est énorme après le volume tardif, en supposant que le coût puisse être réduit de 30%, une seule pièce structurelle peut économiser environ 2000 RMB par rapport à 21700.
● Densité énergétique élevée
Graphite + haute densité énergétique de nickel de 283wh/kg (comparé à la batterie LG 21700 qui est de 247wh/kg), silicium carbone +83 série haute densité énergétique de nickel de 300wh/kg, 91 série objectif 350-400Wh/kg.
● Réduction des coûts dans le processus de production
Les particules positives et négatives sont mélangées à un liant en polytétrafluoroéthylène (PTFE) pour obtenir de la fibrose. La poudre est ensuite roulée directement dans un film et pressée sur une feuille d'aluminium ou de cuivre pour préparer une feuille d'électrode positive et négative.
Ainsi, les processus complexes de laminage et de séchage peuvent être supprimés, ce qui simplifie considérablement le processus de production, améliore l'efficacité de la production et permet de réduire les coûts.
Situation actuelle de la chaîne industrielle des batteries 4680
Pour Tesla, avec la promotion de la batterie Tesla 4680, il faudra deux ou trois usines de fonderie en Chine pour atteindre une plus grande capacité de production à l'avenir, et d'autres grandes usines de batteries suivront le modèle de la batterie Tesla 4680. L'année 2023 devrait marquer le début de la première année de l'épidémie.
Global : Tesla a d'abord annoncé en septembre 2020 qu'elle commencerait à livrer la Model Y avec 4680 batteries au cours du premier trimestre 2022.
Panasonic prévoit de commencer la production expérimentale de batteries 4680 au Japon en 2022 H1 et la production de masse en 2023 ; LG augmentera la capacité de production de batteries 4680 à l'usine d'Ochang en Corée du Sud et prévoit une production de masse en 2022-2023 ; Samsung SDI prévoit une production de masse en 2024, et la société israélienne Storedot a annoncé en septembre 2021 qu'elle avait produit avec succès la première batterie 4680 et qu'elle prévoyait de réaliser une production de masse en 2024.
Chine : CATL accélère le rythme de la recherche et du développement et prévoit une production de masse en 2024 ; Bic a présenté des produits à grand cylindre au salon CIBF de Shenzhen en mars 2021, et la production de masse est prévue pour 2023 ; EVE Energy a mis en œuvre un projet de production de batteries à grand cylindre de 20 GWh en 2021 Q4 à Jingmen, et devrait parvenir à une production de masse de 4680 batteries en 2024.
Hailey
Bonjour, je m'appelle Hailey. Depuis que j'ai obtenu ma maîtrise en physique, je me suis consacrée à l'industrie des piles au lithium et j'ai travaillé avec des ingénieurs spécialisés dans les piles au lithium pour mener à bien divers projets de conception et de fabrication de piles au lithium. Grâce à mes connaissances électroniques en tant qu'ingénieur en batteries au lithium pendant plus de 4 ans, je suis maintenant principalement responsable de la rédaction de contenu sur les batteries au lithium et j'aimerais partager mon point de vue avec vous.
Batterie Tesla 4680 - innovation technologique et développement de la chaîne industrielle
Qu'est-ce que la batterie 4680 ?
"4680" représente la spécification de taille du diamètre et de la hauteur de la batterie. La batterie 4680 a un diamètre de 46 mm et une hauteur de 80 mm. Par rapport à la batterie traditionnelle d'un véhicule électrique, son volume plus important, sa capacité plus élevée et sa densité énergétique plus forte permettent d'augmenter l'autonomie et les performances de la batterie.
Avantages de la batterie 4680
Par rapport à la structure de la batterie 21700 à cosse unipolaire, la batterie 4680 adopte la conception de la cosse unipolaire + plaque collectrice, tandis que le schéma principal adopte la nouvelle configuration du pôle positif au fond de la rainure de la coque et la plaque de couverture soudée au laser pour sceller la rainure de la coque.
En termes de processus de traitement, par rapport à la batterie 21700, la batterie 4680 a augmenté le découpage de la cosse, le malaxage, le soudage au laser du collecteur, la formation de l'ouverture, le soudage au laser de la plaque de recouvrement. La capacité des cellules de la batterie 4680 est 5 fois supérieure à celle de la batterie 21700, ce qui peut améliorer 16% du kilométrage du modèle correspondant, et la puissance de sortie est 6 fois plus élevée que celle de la batterie 21700.
À l'heure actuelle, la batterie Tesla 4680 a autoproduit 1 million de batteries en janvier 2023, avec un rendement moyen de 92% et un rendement maximal de 97%, et le rendement a atteint le niveau de production de masse.
Deux schémas structurels de 4680
Schéma traditionnel : l'extrémité de la patte négative fait face au fond de la rainure de la coque en acier, et la patte positive sort de l'extrémité ouverte et est soudée à l'extrémité positive. La base de la coque en acier est soudée avec la patte négative tous pôles à travers la rainure par soudage par pénétration au laser pulsé.
●Advantages : la structure sans collecteur négatif n'occupe pas l'espace dans le sens de la hauteur de la coque en acier, ce qui améliore le taux d'utilisation de l'espace ;
●Désavantages : lorsque l'épaisseur de la paroi de la batterie augmente, il est difficile de souder fermement la patte de fixation au fond du boîtier par soudage.
Nouveau régime : la plaque collectrice positive est directement soudée à la colonne positive, la colonne positive est collée sur l'ouverture au fond de la rainure de la coquille, et il y a un joint isolant entre eux, la cellule de la batterie est une structure de cosse à pôle complet.
Les deux extrémités sont reliées aux plaques collectrices positive et négative et le pôle est relié électriquement par la plaque collectrice positive et la batterie, la coque et la plaque collectrice négative sont reliées électriquement, la plaque de couverture et la coque sont reliées par l'encoche et la plaque de couverture est gravée de lignes antidéflagrantes.
La batterie 4680 ouvre de nouvelles perspectives à l'industrie des matériaux pour batteries
Auparavant, en raison de la baisse des subventions, les exigences en matière de réduction des coûts, les problèmes de sécurité étaient évidents. Les principaux matériaux auxiliaires ont ralenti leur progression vers une énergie élevée et un taux de modernisation élevé, et la batterie Tesla 4680 devrait devenir un nouvel élément moteur de la modernisation.
La perméabilité/le dosage des principaux matériaux auxiliaires tels que la cathode à haute teneur en nickel, l'anode en carbone silicium, le supplément de lithium, les nanotubes de carbone, le LiFSI, le PVDF devraient augmenter.
1) Cathode à forte teneur en nickel : Avec une tension de fonctionnement et une capacité spécifique élevées, c'est un matériau de cathode potentiel pour les batteries d'énergie ;
2) Anode en carbone à base de silicium : La capacité spécifique du silicium pur, matériau idéal pour les anodes de la prochaine génération, est dix fois supérieure à celle du graphite ;
3) Supplément de lithium : Outre le faible premier effet de l'anode en carbone silicium, le film SEI "respirera" la régénération pendant le processus de cycle, ce qui réduit la durée de vie du cycle, et la demande de supplément de lithium est de plus en plus forte ;
4) Les nanotubes de carbone : En raison de la faible conductivité des anode à base de silicium il est nécessaire d'ajouter des nanotubes de carbone (NTC) pour augmenter la conductivité entre les substances actives et améliorer la densité énergétique de la batterie ;
5) LiFSi : Un nouveau type de sel de lithium adapté aux batteries à haute teneur en nickel, à haute tension et à haut débit ;
6) PVDF : Principalement utilisé dans la batterie du séparateur de piles au lithium et la cathode comme liant.
En ce qui concerne les pièces structurelles, étant donné que la batterie Tesla 4680 adopte une nouvelle configuration, le seuil de fabrication a été relevé, ce qui fait que les pièces structurelles se tournent vers la personnalisation, l'approvisionnement en plaques de recouvrement, la disposition est optimisée et la valeur des produits individuels est augmentée.
En termes d'équipement, la quantité de découpage au laser, de soudage au laser et d'autres processus a augmenté, et les exigences de haute précision ont accru la valeur de l'équipement connexe. L'usine de batteries de tête prévoit de nouvelles capacités de production, et l'équipement d'emboutissage de la coque devrait être remplacé par une fabrication chinoise.
En outre, comme toutes les pattes sont étroitement disposées, il est difficile d'utiliser la découpe du métal et, dans certains cas, la largeur des pattes varie sur la longueur du poteau, de sorte que la découpe au laser est plus appropriée. Le matériel de soudage au laser bénéficie du projet de batterie Tesla 4680, et les principales usines de batteries de l'industrie superposée prévoient également de disposer d'une capacité de production, ce qui devrait entraîner une augmentation rapide du volume.
Principales entreprises de batteries 4680 : CATL, EVE Energy et autres 10 premiers fabricants de batteries 4680.
Fournisseurs de matériaux principaux pour les batteries 4680 : CNGR (haute teneur en nickel), Easpring Technology (haute teneur en nickel), Putailai (carbone silicium), Shanshan (carbone silicium), Dynanonic (supplément de lithium), Ke Dali (coquille), Cnano Technology (nanotubes de carbone), Tinci Materials (LiFSI), Capchem (LiFSI), BRT (nickel élevé+nanotubes de carbone), Fangyuan (nickel élevé), Slac (coquille), Hymson (équipement de découpe au laser), Uwlaser (équipement de soudage au laser), JDM (équipement d'emboutissage).
Difficultés liées à la production de masse de la batterie 4680
La nouvelle structure de la batterie Tesla 4680 pose des problèmes de réalisation du processus et de cohérence, ce qui affecte le taux de rendement de la batterie.
Revêtement : Le bord incurvé du revêtement de la patte de fixation de tous les pôles exige une plus grande précision du dispositif (la zone vierge de l'anneau extérieur devient de plus en plus importante par rapport à l'anneau intérieur, et la longueur de la patte de fixation du pôle est plus longue que celle de l'anneau extérieur).
Découpe de l'oreille du poteau : Si le bord est inégal, il en résultera un écart dans la fixation de la patte de fixation du poteau.
Soudage au laser : Soudage de la cosse de tous les pôles et de la plaque collectrice, augmentation des points de soudure (le nombre de joints de soudure dans la batterie Tesla 4680 est plus de cinq fois supérieur à celui de la batterie 21700), facilité de création de soudure virtuelle ou de diaphragme endommagé par la température élevée.
Pétrissage : Des copeaux métalliques sont produits.
Injection de liquide : Il est difficile d'injecter du liquide après le recouvrement des pattes de tous les pôles, ce qui nuit à la continuité de la production.
Les avantages de la batterie Tesla 4680
Tesla a amélioré la conception de la batterie Tesla 4680 en y ajoutant des éléments de grande taille, des cosses sur tous les pôles, une forte teneur en nickel et en silicium, ainsi qu'un système de contrôle de la température (CCT), afin d'obtenir un certain nombre d'avantages en termes de performances :
1) Longue endurance : La densité énergétique de la batterie Tesla 4680 augmente >20% ;
2) Chargement rapide : La cosse omnipolaire optimise les performances thermoélectriques de la batterie et peut supporter un courant élevé supérieur à 4C ;
3) Faible coût : Grande batterie + haute densité énergétique, réduisant le coût d'une seule Wh.
En outre, la batterie Tesla 4680, en raison de ses meilleures performances en matière de sécurité thermique et de ses avantages en termes de répartition uniforme des contraintes internes, convient mieux aux systèmes à forte teneur en nickel et en silicium qu'aux batteries carrées. On s'attend à ce que les voitures bas de gamme utilisent davantage le système carré+CTP au phosphore, et que les voitures haut de gamme utilisent davantage le système 4680+CTC à haute teneur en nickel et en silicium.
Les principaux fournisseurs mondiaux de batteries, tels que LG, Panasonic, Samsung, CATL, EVE energy, etc., ont également suivi la présentation de la batterie Tesla 4680. La batterie Tesla 4680 devrait marquer un point d'inflexion sous l'impulsion de Tesla et des principaux fabricants de batteries.
Innovation technologique de la batterie Tesla 4680
Adopter l'ergot à tous les pôles
● Réduire la résistance :
La conception de la cosse omnipolaire permet de réduire la trajectoire du flux d'électrons et de réduire la résistance interne. Les électrons de la batterie 21700 traversent toute la longueur de la feuille polaire enroulée dans le collecteur, le chemin est d'environ 1000 mm et l'impédance correspondante est supérieure à 20mΩ selon la conductivité électrique du cuivre.
Dans la cellule omnipolaire de la batterie Tesla 4680, le trajet des électrons qui circulent dans le fluide collecteur n'est que la longueur axiale, c'est-à-dire 80 mm, et l'impédance correspondante est de 2mΩ.
● Réduire le feu
En termes de production de chaleur, la chaleur est réduite à mesure que la résistance diminue (la chaleur de la batterie à cosses unipolaires n'est que 1/5 de celle de la batterie à cosses unipolaires). En ce qui concerne la dissipation de la chaleur, un chemin de forte conductivité thermique est formé le long de la direction radiale, et seule la plaque froide peut être disposée en bas (le 21700 original est une paroi latérale de refroidissement à tube serpentin), ce qui réduit la difficulté de la gestion thermique et de la consommation d'énergie.
En résumé, la perte d'électricité et d'énergie thermique est faible, ce qui permet de s'affranchir de la contrainte selon laquelle l'énergie et la densité de puissance ne peuvent pas être augmentées en même temps, et d'obtenir une longue durée de vie de la batterie et une charge rapide.
● Simplifier le processus
La plaque de poteau des modèles 21700/18650 doit laisser une zone vide pour l'attache de poteau, et l'attache de poteau complète permet d'éviter le revêtement zébré et de simplifier l'installation de la plaque de poteau. production de batteries processus.
Adoption de nickel et de silicium à haute teneur
En principe, la batterie cylindrique 4680 n'est qu'une forme d'emballage, et il n'y a pas de limite au système de matériaux. Cependant, du point de vue de l'application, la teneur élevée en nickel et en silicium peut faire jouer les avantages du grand cylindre 4680 avec une meilleure performance thermique et une distribution uniforme des contraintes internes par rapport à la batterie carrée.
● Densité d'énergie
L'efficacité d'intégration de la pile cylindrique étant inférieure à celle de la pile carrée, pour obtenir une pile de même densité énergétique, la densité énergétique de la pile cylindrique doit être supérieure à celle de la pile carrée. Par conséquent, pour obtenir une densité énergétique plus élevée, le cylindre a naturellement besoin d'une grande quantité de nickel.
● Degré élevé d'adaptation au nickel
Le cylindre convient mieux au nickel élevé que le carré. La raison principale est que le carré à haute teneur en nickel est la surface de contact, et que la pile unique est grande, la production de chaleur dans le corps n'est pas facile à évacuer, et la conception de l'emballement thermique n'est pas facile à contrôler.
D'autre part, les propriétés chimiques du fer-lithium sont stables et les exigences en matière de dissipation de la chaleur et d'emballement thermique sont moindres, de sorte que le CTP carré convient parfaitement à la batterie du système fer-lithium, en exploitant pleinement les avantages d'une intégration carrée élevée, mais la conception de l'emballement thermique est difficile. La batterie au lithium 4680 a perdu les avantages de la 4680 dans les voitures particulières, et pourrait être utilisée à l'avenir dans les véhicules à deux roues et les outils électriques.
En outre, en raison de l'expansion de l'électrode négative après l'ajout de silicium, la dispersion des contraintes internes de la forme cylindrique est plus uniforme que celle de la forme carrée, ce qui peut facilement entraîner la rupture des particules dans ce schéma, affectant ainsi les performances et la durée de vie. Par conséquent, afin d'augmenter la densité énergétique de la cellule, une solution à forte teneur en silicium et en nickel est sélectionnée.
Réaliser un faible coût
● Coût des matières inactives
Prenons l'exemple des pièces structurelles : la coque et le bouchon de la batterie 21700 coûtent 2 RMB, la 4680 coûte actuellement environ 10 RMB. La batterie longue durée M3 doit utiliser des éléments de batterie 21700/4680 4400/960, ce qui correspond actuellement à la valeur de 8800/9600, de sorte que le coût des pièces structurelles de la batterie de bicyclette est pratiquement stable. L'espace de réduction des prix est énorme après le volume tardif, en supposant que le coût puisse être réduit de 30%, une seule pièce structurelle peut économiser environ 2000 RMB par rapport à 21700.
● Densité énergétique élevée
Graphite + haute densité énergétique de nickel de 283wh/kg (comparé à la batterie LG 21700 qui est de 247wh/kg), silicium carbone +83 série haute densité énergétique de nickel de 300wh/kg, 91 série objectif 350-400Wh/kg.
● Réduction des coûts dans le processus de production
Les particules positives et négatives sont mélangées à un liant en polytétrafluoroéthylène (PTFE) pour obtenir de la fibrose. La poudre est ensuite roulée directement dans un film et pressée sur une feuille d'aluminium ou de cuivre pour préparer une feuille d'électrode positive et négative.
Ainsi, les processus complexes de laminage et de séchage peuvent être supprimés, ce qui simplifie considérablement le processus de production, améliore l'efficacité de la production et permet de réduire les coûts.
Situation actuelle de la chaîne industrielle des batteries 4680
Pour Tesla, avec la promotion de la batterie Tesla 4680, il faudra deux ou trois usines de fonderie en Chine pour atteindre une plus grande capacité de production à l'avenir, et d'autres grandes usines de batteries suivront le modèle de la batterie Tesla 4680. L'année 2023 devrait marquer le début de la première année de l'épidémie.
Global : Tesla a d'abord annoncé en septembre 2020 qu'elle commencerait à livrer la Model Y avec 4680 batteries au cours du premier trimestre 2022.
Panasonic prévoit de commencer la production expérimentale de batteries 4680 au Japon en 2022 H1 et la production de masse en 2023 ; LG augmentera la capacité de production de batteries 4680 à l'usine d'Ochang en Corée du Sud et prévoit une production de masse en 2022-2023 ; Samsung SDI prévoit une production de masse en 2024, et la société israélienne Storedot a annoncé en septembre 2021 qu'elle avait produit avec succès la première batterie 4680 et qu'elle prévoyait de réaliser une production de masse en 2024.
Chine : CATL accélère le rythme de la recherche et du développement et prévoit une production de masse en 2024 ; Bic a présenté des produits à grand cylindre au salon CIBF de Shenzhen en mars 2021, et la production de masse est prévue pour 2023 ; EVE Energy a mis en œuvre un projet de production de batteries à grand cylindre de 20 GWh en 2021 Q4 à Jingmen, et devrait parvenir à une production de masse de 4680 batteries en 2024.