Bateria Tesla 4680 - inovação tecnológica e desenvolvimento da cadeia industrial
Bateria Tesla 4680 é uma das tecnologias mais inovadoras da Tesla, e o seu excelente desempenho no domínio dos veículos eléctricos faz dela uma tecnologia-chave que lidera o desenvolvimento da indústria automóvel. indústria das pilhas de lítioA bateria de alta velocidade, que traz mudanças revolucionárias, e uma série de vantagens desta bateria abrem uma nova perspetiva para o futuro desenvolvimento de veículos eléctricos.
Índice
O que é a pilha 4680
"4680" representa a especificação do tamanho do diâmetro e da altura da bateria. A bateria 4680 refere-se ao diâmetro da bateria de 46 mm e à altura de 80 mm. Em comparação com a bateria de veículo elétrico tradicional, o seu maior volume, maior capacidade e maior densidade de energia podem proporcionar uma maior autonomia de condução e desempenho da bateria.
Vantagens da pilha 4680
Em comparação com a estrutura de lug de pólo único da bateria 21700, a bateria 4680 adota o design de lug + placa coletora de todos os pólos, enquanto o esquema principal adota a nova configuração do pólo positivo na parte inferior da ranhura da concha e a soldagem a laser da placa de cobertura para selar a ranhura da concha.
Em termos de processo de processamento, em comparação com a bateria 21700, a bateria 4680 aumentou o processo de corte e vinco do terminal do pólo, amassamento, coletor de soldadura a laser, formação de abertura, processo de placa de cobertura de soldadura a laser, a capacidade da célula da bateria 4680 é 5 vezes superior à da bateria 21700, o que pode melhorar 16% da quilometragem do modelo correspondente, e a potência de saída é 6 vezes superior à da bateria 21700.
Atualmente, a bateria Tesla 4680 autoproduziu 1 milhão de baterias em janeiro de 2023, com um rendimento médio de 92% e o rendimento mais elevado de 97%, tendo o rendimento atingido o nível de produção em massa.
Dois esquemas estruturais de 4680
Regime tradicional: a extremidade do olhal negativo está virada para o fundo da ranhura do casco de aço, e o olhal positivo é conduzido para fora da extremidade aberta e soldado com a extremidade positiva. A base do invólucro de aço é soldada com o olhal negativo de todos os pólos através da ranhura por soldadura por penetração de laser pulsado.
●Vantagens: a estrutura sem coletor negativo não ocupa o espaço na direção da altura do invólucro de aço, melhorando a taxa de utilização do espaço;
Desvantagens: quando a espessura da parede da bateria aumenta, é difícil soldar firmemente o terminal do pólo à parte inferior da caixa através de soldadura.
Novo esquema: a placa coletora positiva é diretamente soldada à coluna positiva, a coluna positiva está presa na abertura na parte inferior da ranhura do invólucro e existe um selo isolante entre elas, a célula da bateria é uma estrutura de lug de pólo completo.
As duas extremidades estão ligadas às placas colectoras positiva e negativa e o pólo está ligado eletricamente através da placa coletora positiva e da bateria, o invólucro e a placa coletora negativa estão ligados eletricamente, a placa de cobertura e o invólucro estão ligados pelo entalhe e a placa de cobertura está gravada com linhas à prova de explosão.
A bateria 4680 traz novas oportunidades para a indústria de materiais para baterias
Anteriormente, devido ao declínio dos subsídios, as exigências de redução de custos, os problemas de segurança eram óbvios. Os principais materiais auxiliares na direção da alta energia e da alta taxa de atualização abrandaram, e espera-se que a bateria Tesla 4680 se torne um novo impulsionador de atualização.
Prevê-se um aumento da permeabilidade/dosagem dos principais materiais auxiliares, como o cátodo com elevado teor de níquel, o ânodo de carbono silício, o suplemento de lítio, o nanotubo de carbono, o LiFSI e o PVDF.
1) Cátodo com alto teor de níquel: Com elevada tensão de funcionamento e capacidade específica, é um potencial material catódico para baterias eléctricas;
2) Ânodo de carbono à base de silício: Como material ideal para a próxima geração de ânodos, a capacidade específica do silício puro é 10 vezes superior à da grafite;
3) Suplemento de lítio: Para além do baixo primeiro efeito do ânodo de silício-carbono, a película SEI "respirará" a regeneração durante o processo de ciclo, o que reduz a vida útil do ciclo, e a procura de suplemento de lítio está a aumentar;
4) Nanotubos de carbono: Devido à fraca condutividade do ânodo à base de silício é necessário adicionar nanotubos de carbono (CNT) para aumentar a condutividade entre as substâncias activas e melhorar a densidade energética da bateria;
5) LiFSi: Um novo tipo de sal de lítio adequado para baterias com alto teor de níquel, alta tensão e alta taxa;
Em termos de peças estruturais, uma vez que a bateria Tesla 4680 adopta um novo design de configuração, o limiar de fabrico foi aumentado, fazendo com que as peças estruturais passem a ser personalizadas, aquisição de placas de cobertura, o layout é optimizado e o valor dos produtos individuais é aumentado.
Em termos de equipamento, a quantidade de corte a laser, soldadura a laser e outros processos aumentou, e os requisitos de alta precisão aumentaram o valor do equipamento relacionado. A fábrica principal de baterias planeia uma nova capacidade de produção, e espera-se que o equipamento de estampagem de conchas seja substituído pelo fabrico chinês.
Além disso, como todas as alças estão dispostas de perto, é difícil usar o corte e vinco de metal e, em alguns esquemas, a largura das alças muda ao longo do comprimento da peça do poste, portanto, o corte e vinco a laser é mais adequado. O equipamento de soldadura a laser beneficia do plano de baterias Tesla 4680, e as principais fábricas de baterias da indústria sobreposta também planeiam ter capacidade de produção, o que se espera que dê início a um rápido aumento de volume.
Fornecedores dos principais materiais para baterias 4680: CNGR (alto teor de níquel), Easpring Technology (alto teor de níquel), Putailai (carbono silício), Shanshan (carbono silício), Dynanonic (suplemento de lítio), Ke Dali (casca), Cnano Technology (nanotubos de carbono), Tinci Materials (LiFSI), Capchem (LiFSI), BRT (níquel elevado+nanotubos de carbono), Fangyuan (níquel elevado) , Slac (concha), Hymson (equipamento de corte e vinco por laser), Uwlaser (equipamento de soldadura por laser), JDM (equipamento de estampagem).
Dificuldades na produção em massa da bateria 4680
A nova estrutura da bateria Tesla 4680 traz desafios de realização e consistência do processo, afectando a taxa de rendimento da bateria.
Revestimento: O rebordo curvo do revestimento da argola para todos os pólos exige uma maior precisão do dispositivo (a área em branco do anel exterior é cada vez maior do que a do anel interior e o comprimento da argola para os pólos é maior do que o do anel exterior).
Corte de olhais de postes: Requisitos de processo mais elevados, se a aresta for irregular, resultará numa lacuna no encaixe do terminal do poste.
Soldadura a laser: Soldadura de placa coletora e de lug de todos os pólos, aumento dos pontos de soldadura (o número de juntas de soldadura na bateria Tesla 4680 é mais de cinco vezes superior ao da bateria 21700), fácil de criar soldadura virtual ou diafragma danificado a alta temperatura.
Amassar: São produzidas aparas metálicas.
Injeção de líquido: É difícil injetar líquido após a cobertura de todos os pólos, o que afecta a produção contínua.
As vantagens de desempenho da bateria Tesla 4680
A Tesla melhorou a conceção da bateria Tesla 4680 com "células grandes, lug de todos os pólos, alto teor de níquel e alto teor de silício e CTC" para obter uma série de vantagens de desempenho:
1) Longa resistência: A densidade energética da bateria Tesla 4680 aumenta >20%;
2) Carregamento rápido: O terminal de todos os pólos optimiza o desempenho termoelétrico da bateria e pode suportar uma corrente de alta velocidade superior a 4C;
3) Baixo custo: Bateria grande + alta densidade de energia, reduzindo o custo de um único Wh.
Além disso, a bateria Tesla 4680, devido ao seu melhor desempenho em termos de segurança térmica e às vantagens uniformes da distribuição interna das tensões, é mais adequada para sistemas com elevado teor de níquel e silício do que a bateria quadrada. Espera-se que os automóveis de gama baixa apliquem mais o esquema de fósforo quadrado+CTP e que os automóveis de gama alta apliquem mais o esquema 4680+CTC de elevado teor de níquel e silício.
Os principais fornecedores mundiais de baterias, como a LG, a Panasonic, a Samsung, a CATL, a EVE energy, etc., também seguiram o esquema da bateria Tesla 4680. Espera-se que a bateria Tesla 4680 dê início a um ponto de inflexão impulsionado pela Tesla e pelos principais fabricantes de baterias.
Inovação tecnológica da bateria Tesla 4680
Adotar um olhal para todos os pólos Reduzir a resistência: O design do lug de todos os pólos pode reduzir o caminho do fluxo de electrões e reduzir a resistência interna. Os electrões da bateria 21700 fluem através de todo o comprimento do vão da folha do pólo enrolado no coletor, o caminho é de cerca de 1000mm, e a impedância correspondente é superior a 20mΩ de acordo com a condutividade eléctrica do cobre.
Na célula de todos os pólos da bateria Tesla 4680, o caminho dos electrões que fluem através do fluido coletor é apenas o comprimento axial, ou seja, 80mm, e a impedância correspondente é de 2mΩ.
Reduzir o calor Em termos de produção de calor, o calor é reduzido à medida que a resistência diminui (o calor da bateria de lug todo-polar é apenas 1/5 do lug unipolar). Em termos de dissipação de calor, é formado um forte caminho de condutividade térmica ao longo da direção radial, e apenas a placa fria pode ser disposta na parte inferior (o 21700 original é uma parede lateral de arrefecimento de tubo em serpentina), o que reduz a dificuldade de gestão térmica e o consumo de energia.
Em suma, a perda de eletricidade e de energia térmica é pequena, quebrando o constrangimento de que a energia e a densidade de potência não podem ser aumentadas ao mesmo tempo, e conseguindo uma longa duração da bateria e um carregamento rápido.
Simplificar o processo
A placa do poste de 21700/18650 precisa de deixar uma área em branco para o olhal do poste, e o olhal completo do poste pode evitar o revestimento zebrado e simplificar a produção de pilhas processo.
Adotar níquel e silício de alta qualidade
Em princípio, a bateria cilíndrica 4680 é apenas uma forma de embalagem, e não há limite para o sistema de material. No entanto, do ponto de vista da aplicação, o alto teor de níquel e de silício pode dar lugar às vantagens do cilindro grande 4680 com melhor desempenho térmico e distribuição uniforme da tensão interna do que a bateria quadrada.
● Densidade energética
Como a eficiência de integração da bateria cilíndrica é inferior à da bateria quadrada, ou seja, para fazer um pacote com a mesma densidade de energia, a densidade de energia da bateria cilíndrica única deve ser maior do que a da bateria quadrada. Por conseguinte, para obter uma maior densidade de energia da bateria, o cilindro requer naturalmente um elevado teor de níquel.
Elevado grau de adaptação ao níquel O cilindro é mais adequado para níquel elevado do que o quadrado. A razão principal é que o quadrado de níquel alto é o contacto de superfície, e a bateria única é grande, a produção de calor no corpo não é fácil de libertar, e o design de fuga térmica não é fácil de controlar.
Por outro lado, as propriedades químicas do ferro-lítio são estáveis e os requisitos para dissipação de calor e fuga térmica são mais baixos, pelo que o CTP quadrado é muito adequado para a bateria do sistema de ferro-lítio, dando pleno uso às vantagens da alta integração quadrada, mas o design de fuga térmica é difícil. O lítio 4680 perdeu as vantagens do 4680 nos automóveis de passageiros e pode ser aplicado no futuro em veículos de duas rodas e ferramentas eléctricas.
Além disso, devido à expansão do elétrodo negativo após a adição de silício, a dispersão de tensões internas da forma cilíndrica é mais uniforme do que a do quadrado, o que pode facilmente causar a quebra de partículas neste esquema, afectando o desempenho e a vida útil. Por conseguinte, a fim de aumentar a densidade energética da célula, é selecionada uma solução com alto teor de silício e alto teor de níquel.
Conseguir um baixo custo ● Custo do material inativo Tomemos as peças estruturais como exemplo, 21700 bateria shell + cap 2 RMB, 4680 é atualmente cerca de 10 RMB, longa vida M3 precisa usar 21700/4680 célula de bateria 4400/960, a corrente correspondente ao valor de 8800/9600, de modo que o custo de peças estruturais de bateria de bicicleta é basicamente plana. O espaço de redução de preços é enorme após o volume tardio, assumindo que o custo pode ser reduzido em 30%, uma única peça estrutural pode economizar cerca de 2000 RMB do que 21700.
Alta densidade energética
Grafite + alta densidade de energia de níquel de 283wh/kg (em comparação com a bateria LG 21700 que é de 247wh/kg), carbono silício + série 83 alta densidade de energia de níquel de 300wh/kg, série 91 objetivo 350-400Wh/kg.
Poupança de custos no processo de produção
Reflectindo-se principalmente na tecnologia de eléctrodos secos na fase inicial do ciclo de produção, as partículas positivas e negativas são misturadas com aglutinante de politetrafluoroetileno (PTFE) para o tornar fibroso, e o pó é enrolado diretamente numa película e pressionado sobre folha de alumínio ou folha de cobre para preparar uma folha de elétrodo positivo e negativo.
Desta forma, os complicados processos de laminagem e secagem podem ser omitidos, simplificando consideravelmente o processo de produção, melhorando a eficiência da produção e poupando custos.
Situação atual da cadeia industrial da bateria 4680
Para a Tesla, com a promoção da bateria Tesla 4680, será necessário haver duas ou três fábricas de fundição na China para alcançar uma maior capacidade de produção no futuro, e outras grandes fábricas de baterias seguirão o layout da bateria Tesla 4680. Prevê-se que 2023 dê início ao primeiro ano do surto.
Global: A Tesla anunciou pela primeira vez em setembro de 2020 que começaria a entregar o Modelo Y com 4680 baterias em 2022T1.
A Panasonic planeia iniciar a produção experimental de baterias 4680 no Japão em 2022 H1 e a produção em massa em 2023; a LG irá expandir a capacidade da bateria 4680 na fábrica de Ochang na Coreia do Sul e planeia produzir em massa em 2022-2023; a Samsung SDI planeia atingir a produção em massa em 2024 e a empresa israelita Storedot anunciou em setembro de 2021 que produziu com êxito a primeira bateria 4680 e planeia atingir a produção em massa em 2024.
China: A CATL está a acelerar o ritmo de investigação e desenvolvimento, planeando a produção em massa em 2024; a Bic expôs produtos de grandes cilindros na CIBF de Shenzhen em março de 2021, prevendo-se a produção em massa em 2023; a EVE Energy colocou em produção o projeto de produção de baterias de grandes cilindros de 20 GWh no quarto trimestre de 2021 em Jingmen, prevendo-se que atinja a produção em massa de 4680 baterias em 2024.
Hailey
Olá, sou a Hailey. Desde que me licenciei com o meu mestrado em física, dediquei-me à indústria das baterias de lítio e trabalhei com engenheiros de baterias de lítio para concluir vários projectos de conceção e fabrico de baterias de lítio. Com base nos conhecimentos electrónicos como engenheiro de baterias de lítio durante mais de 4 anos, sou agora o principal responsável pela redação de conteúdos sobre baterias de lítio e gostaria de partilhar as minhas opiniões convosco.
Bateria Tesla 4680 - inovação tecnológica e desenvolvimento da cadeia industrial
O que é a pilha 4680
"4680" representa a especificação do tamanho do diâmetro e da altura da bateria. A bateria 4680 refere-se ao diâmetro da bateria de 46 mm e à altura de 80 mm. Em comparação com a bateria de veículo elétrico tradicional, o seu maior volume, maior capacidade e maior densidade de energia podem proporcionar uma maior autonomia de condução e desempenho da bateria.
Vantagens da pilha 4680
Em comparação com a estrutura de lug de pólo único da bateria 21700, a bateria 4680 adota o design de lug + placa coletora de todos os pólos, enquanto o esquema principal adota a nova configuração do pólo positivo na parte inferior da ranhura da concha e a soldagem a laser da placa de cobertura para selar a ranhura da concha.
Em termos de processo de processamento, em comparação com a bateria 21700, a bateria 4680 aumentou o processo de corte e vinco do terminal do pólo, amassamento, coletor de soldadura a laser, formação de abertura, processo de placa de cobertura de soldadura a laser, a capacidade da célula da bateria 4680 é 5 vezes superior à da bateria 21700, o que pode melhorar 16% da quilometragem do modelo correspondente, e a potência de saída é 6 vezes superior à da bateria 21700.
Atualmente, a bateria Tesla 4680 autoproduziu 1 milhão de baterias em janeiro de 2023, com um rendimento médio de 92% e o rendimento mais elevado de 97%, tendo o rendimento atingido o nível de produção em massa.
Dois esquemas estruturais de 4680
Regime tradicional: a extremidade do olhal negativo está virada para o fundo da ranhura do casco de aço, e o olhal positivo é conduzido para fora da extremidade aberta e soldado com a extremidade positiva. A base do invólucro de aço é soldada com o olhal negativo de todos os pólos através da ranhura por soldadura por penetração de laser pulsado.
●Vantagens: a estrutura sem coletor negativo não ocupa o espaço na direção da altura do invólucro de aço, melhorando a taxa de utilização do espaço;
Desvantagens: quando a espessura da parede da bateria aumenta, é difícil soldar firmemente o terminal do pólo à parte inferior da caixa através de soldadura.
Novo esquema: a placa coletora positiva é diretamente soldada à coluna positiva, a coluna positiva está presa na abertura na parte inferior da ranhura do invólucro e existe um selo isolante entre elas, a célula da bateria é uma estrutura de lug de pólo completo.
As duas extremidades estão ligadas às placas colectoras positiva e negativa e o pólo está ligado eletricamente através da placa coletora positiva e da bateria, o invólucro e a placa coletora negativa estão ligados eletricamente, a placa de cobertura e o invólucro estão ligados pelo entalhe e a placa de cobertura está gravada com linhas à prova de explosão.
A bateria 4680 traz novas oportunidades para a indústria de materiais para baterias
Anteriormente, devido ao declínio dos subsídios, as exigências de redução de custos, os problemas de segurança eram óbvios. Os principais materiais auxiliares na direção da alta energia e da alta taxa de atualização abrandaram, e espera-se que a bateria Tesla 4680 se torne um novo impulsionador de atualização.
Prevê-se um aumento da permeabilidade/dosagem dos principais materiais auxiliares, como o cátodo com elevado teor de níquel, o ânodo de carbono silício, o suplemento de lítio, o nanotubo de carbono, o LiFSI e o PVDF.
1) Cátodo com alto teor de níquel: Com elevada tensão de funcionamento e capacidade específica, é um potencial material catódico para baterias eléctricas;
2) Ânodo de carbono à base de silício: Como material ideal para a próxima geração de ânodos, a capacidade específica do silício puro é 10 vezes superior à da grafite;
3) Suplemento de lítio: Para além do baixo primeiro efeito do ânodo de silício-carbono, a película SEI "respirará" a regeneração durante o processo de ciclo, o que reduz a vida útil do ciclo, e a procura de suplemento de lítio está a aumentar;
4) Nanotubos de carbono: Devido à fraca condutividade do ânodo à base de silício é necessário adicionar nanotubos de carbono (CNT) para aumentar a condutividade entre as substâncias activas e melhorar a densidade energética da bateria;
5) LiFSi: Um novo tipo de sal de lítio adequado para baterias com alto teor de níquel, alta tensão e alta taxa;
6) PVDF: Principalmente utilizado na bateria do separador de baterias de lítio e o cátodo como aglutinante.
Em termos de peças estruturais, uma vez que a bateria Tesla 4680 adopta um novo design de configuração, o limiar de fabrico foi aumentado, fazendo com que as peças estruturais passem a ser personalizadas, aquisição de placas de cobertura, o layout é optimizado e o valor dos produtos individuais é aumentado.
Em termos de equipamento, a quantidade de corte a laser, soldadura a laser e outros processos aumentou, e os requisitos de alta precisão aumentaram o valor do equipamento relacionado. A fábrica principal de baterias planeia uma nova capacidade de produção, e espera-se que o equipamento de estampagem de conchas seja substituído pelo fabrico chinês.
Além disso, como todas as alças estão dispostas de perto, é difícil usar o corte e vinco de metal e, em alguns esquemas, a largura das alças muda ao longo do comprimento da peça do poste, portanto, o corte e vinco a laser é mais adequado. O equipamento de soldadura a laser beneficia do plano de baterias Tesla 4680, e as principais fábricas de baterias da indústria sobreposta também planeiam ter capacidade de produção, o que se espera que dê início a um rápido aumento de volume.
Principais empresas de baterias 4680: CATL, EVE Energy, e outros os 10 principais fabricantes de baterias 4680.
Fornecedores dos principais materiais para baterias 4680: CNGR (alto teor de níquel), Easpring Technology (alto teor de níquel), Putailai (carbono silício), Shanshan (carbono silício), Dynanonic (suplemento de lítio), Ke Dali (casca), Cnano Technology (nanotubos de carbono), Tinci Materials (LiFSI), Capchem (LiFSI), BRT (níquel elevado+nanotubos de carbono), Fangyuan (níquel elevado) , Slac (concha), Hymson (equipamento de corte e vinco por laser), Uwlaser (equipamento de soldadura por laser), JDM (equipamento de estampagem).
Dificuldades na produção em massa da bateria 4680
A nova estrutura da bateria Tesla 4680 traz desafios de realização e consistência do processo, afectando a taxa de rendimento da bateria.
Revestimento: O rebordo curvo do revestimento da argola para todos os pólos exige uma maior precisão do dispositivo (a área em branco do anel exterior é cada vez maior do que a do anel interior e o comprimento da argola para os pólos é maior do que o do anel exterior).
Corte de olhais de postes: Requisitos de processo mais elevados, se a aresta for irregular, resultará numa lacuna no encaixe do terminal do poste.
Soldadura a laser: Soldadura de placa coletora e de lug de todos os pólos, aumento dos pontos de soldadura (o número de juntas de soldadura na bateria Tesla 4680 é mais de cinco vezes superior ao da bateria 21700), fácil de criar soldadura virtual ou diafragma danificado a alta temperatura.
Amassar: São produzidas aparas metálicas.
Injeção de líquido: É difícil injetar líquido após a cobertura de todos os pólos, o que afecta a produção contínua.
As vantagens de desempenho da bateria Tesla 4680
A Tesla melhorou a conceção da bateria Tesla 4680 com "células grandes, lug de todos os pólos, alto teor de níquel e alto teor de silício e CTC" para obter uma série de vantagens de desempenho:
1) Longa resistência: A densidade energética da bateria Tesla 4680 aumenta >20%;
2) Carregamento rápido: O terminal de todos os pólos optimiza o desempenho termoelétrico da bateria e pode suportar uma corrente de alta velocidade superior a 4C;
3) Baixo custo: Bateria grande + alta densidade de energia, reduzindo o custo de um único Wh.
Além disso, a bateria Tesla 4680, devido ao seu melhor desempenho em termos de segurança térmica e às vantagens uniformes da distribuição interna das tensões, é mais adequada para sistemas com elevado teor de níquel e silício do que a bateria quadrada. Espera-se que os automóveis de gama baixa apliquem mais o esquema de fósforo quadrado+CTP e que os automóveis de gama alta apliquem mais o esquema 4680+CTC de elevado teor de níquel e silício.
Os principais fornecedores mundiais de baterias, como a LG, a Panasonic, a Samsung, a CATL, a EVE energy, etc., também seguiram o esquema da bateria Tesla 4680. Espera-se que a bateria Tesla 4680 dê início a um ponto de inflexão impulsionado pela Tesla e pelos principais fabricantes de baterias.
Inovação tecnológica da bateria Tesla 4680
Adotar um olhal para todos os pólos
Reduzir a resistência:
O design do lug de todos os pólos pode reduzir o caminho do fluxo de electrões e reduzir a resistência interna. Os electrões da bateria 21700 fluem através de todo o comprimento do vão da folha do pólo enrolado no coletor, o caminho é de cerca de 1000mm, e a impedância correspondente é superior a 20mΩ de acordo com a condutividade eléctrica do cobre.
Na célula de todos os pólos da bateria Tesla 4680, o caminho dos electrões que fluem através do fluido coletor é apenas o comprimento axial, ou seja, 80mm, e a impedância correspondente é de 2mΩ.
Reduzir o calor
Em termos de produção de calor, o calor é reduzido à medida que a resistência diminui (o calor da bateria de lug todo-polar é apenas 1/5 do lug unipolar). Em termos de dissipação de calor, é formado um forte caminho de condutividade térmica ao longo da direção radial, e apenas a placa fria pode ser disposta na parte inferior (o 21700 original é uma parede lateral de arrefecimento de tubo em serpentina), o que reduz a dificuldade de gestão térmica e o consumo de energia.
Em suma, a perda de eletricidade e de energia térmica é pequena, quebrando o constrangimento de que a energia e a densidade de potência não podem ser aumentadas ao mesmo tempo, e conseguindo uma longa duração da bateria e um carregamento rápido.
Simplificar o processo
A placa do poste de 21700/18650 precisa de deixar uma área em branco para o olhal do poste, e o olhal completo do poste pode evitar o revestimento zebrado e simplificar a produção de pilhas processo.
Adotar níquel e silício de alta qualidade
Em princípio, a bateria cilíndrica 4680 é apenas uma forma de embalagem, e não há limite para o sistema de material. No entanto, do ponto de vista da aplicação, o alto teor de níquel e de silício pode dar lugar às vantagens do cilindro grande 4680 com melhor desempenho térmico e distribuição uniforme da tensão interna do que a bateria quadrada.
● Densidade energética
Como a eficiência de integração da bateria cilíndrica é inferior à da bateria quadrada, ou seja, para fazer um pacote com a mesma densidade de energia, a densidade de energia da bateria cilíndrica única deve ser maior do que a da bateria quadrada. Por conseguinte, para obter uma maior densidade de energia da bateria, o cilindro requer naturalmente um elevado teor de níquel.
Elevado grau de adaptação ao níquel
O cilindro é mais adequado para níquel elevado do que o quadrado. A razão principal é que o quadrado de níquel alto é o contacto de superfície, e a bateria única é grande, a produção de calor no corpo não é fácil de libertar, e o design de fuga térmica não é fácil de controlar.
Por outro lado, as propriedades químicas do ferro-lítio são estáveis e os requisitos para dissipação de calor e fuga térmica são mais baixos, pelo que o CTP quadrado é muito adequado para a bateria do sistema de ferro-lítio, dando pleno uso às vantagens da alta integração quadrada, mas o design de fuga térmica é difícil. O lítio 4680 perdeu as vantagens do 4680 nos automóveis de passageiros e pode ser aplicado no futuro em veículos de duas rodas e ferramentas eléctricas.
Além disso, devido à expansão do elétrodo negativo após a adição de silício, a dispersão de tensões internas da forma cilíndrica é mais uniforme do que a do quadrado, o que pode facilmente causar a quebra de partículas neste esquema, afectando o desempenho e a vida útil. Por conseguinte, a fim de aumentar a densidade energética da célula, é selecionada uma solução com alto teor de silício e alto teor de níquel.
Conseguir um baixo custo
● Custo do material inativo
Tomemos as peças estruturais como exemplo, 21700 bateria shell + cap 2 RMB, 4680 é atualmente cerca de 10 RMB, longa vida M3 precisa usar 21700/4680 célula de bateria 4400/960, a corrente correspondente ao valor de 8800/9600, de modo que o custo de peças estruturais de bateria de bicicleta é basicamente plana. O espaço de redução de preços é enorme após o volume tardio, assumindo que o custo pode ser reduzido em 30%, uma única peça estrutural pode economizar cerca de 2000 RMB do que 21700.
Alta densidade energética
Grafite + alta densidade de energia de níquel de 283wh/kg (em comparação com a bateria LG 21700 que é de 247wh/kg), carbono silício + série 83 alta densidade de energia de níquel de 300wh/kg, série 91 objetivo 350-400Wh/kg.
Poupança de custos no processo de produção
Reflectindo-se principalmente na tecnologia de eléctrodos secos na fase inicial do ciclo de produção, as partículas positivas e negativas são misturadas com aglutinante de politetrafluoroetileno (PTFE) para o tornar fibroso, e o pó é enrolado diretamente numa película e pressionado sobre folha de alumínio ou folha de cobre para preparar uma folha de elétrodo positivo e negativo.
Desta forma, os complicados processos de laminagem e secagem podem ser omitidos, simplificando consideravelmente o processo de produção, melhorando a eficiência da produção e poupando custos.
Situação atual da cadeia industrial da bateria 4680
Para a Tesla, com a promoção da bateria Tesla 4680, será necessário haver duas ou três fábricas de fundição na China para alcançar uma maior capacidade de produção no futuro, e outras grandes fábricas de baterias seguirão o layout da bateria Tesla 4680. Prevê-se que 2023 dê início ao primeiro ano do surto.
Global: A Tesla anunciou pela primeira vez em setembro de 2020 que começaria a entregar o Modelo Y com 4680 baterias em 2022T1.
A Panasonic planeia iniciar a produção experimental de baterias 4680 no Japão em 2022 H1 e a produção em massa em 2023; a LG irá expandir a capacidade da bateria 4680 na fábrica de Ochang na Coreia do Sul e planeia produzir em massa em 2022-2023; a Samsung SDI planeia atingir a produção em massa em 2024 e a empresa israelita Storedot anunciou em setembro de 2021 que produziu com êxito a primeira bateria 4680 e planeia atingir a produção em massa em 2024.
China: A CATL está a acelerar o ritmo de investigação e desenvolvimento, planeando a produção em massa em 2024; a Bic expôs produtos de grandes cilindros na CIBF de Shenzhen em março de 2021, prevendo-se a produção em massa em 2023; a EVE Energy colocou em produção o projeto de produção de baterias de grandes cilindros de 20 GWh no quarto trimestre de 2021 em Jingmen, prevendo-se que atinja a produção em massa de 4680 baterias em 2024.