BYD-ren blade bateriatik, Honeycomb Energy-ren kobaltorik gabeko bateriara eta, ondoren, CATL garaiko sodio-ioizko bateriara, potentziako bateriaren industriak etengabeko berrikuntza izan du.2020ko irailaren 23a - Tesla bateriaren eguna, Elon Musk Teslako zuzendari nagusiak bateria berri bat erakutsi zion munduari: 4680 bateria.
Aurretik, litiozko bateria zilindrikoen tamainak 18650 eta 21700 ziren batez ere, eta 21700ek 18650ek baino %50 energia gehiago zuten.4680 bateriak 21700 bateriaren zelula-ahalmena bost aldiz handiagoa du, eta bateria berriak kilowatt-orduko kostua %14 inguru murriztu dezake eta gurutzaldi-sorta %16 handitu dezake.
Musk-ek argi eta garbi adierazi zuen bateria honek 25.000 dolarreko auto elektriko bat posible egingo duela.
Beraz, nondik atera da bateria mehatxagarri hau?Jarraian, banan-banan aztertuko ditugu.
1. Zer da 4680 bateria?
Teslak potentzia-bateriak izendatzeko duen modua oso sinplea eta zuzena da.4680 bateria, izenak dioen bezala, 46 mm-ko zelula bakarreko diametroa eta 80 mm-ko altuera duen bateria zilindrikoa da.
Litio-ioizko bateria zilindrikoen hiru tamaina ezberdin
Irudian ikus daitekeenez, Teslaren jatorrizko 18650 bateriarekin eta 21700 bateriarekin alderatuta, 4680 bateriak gizon altu eta indartsua dirudi.
Baina 4680 bateria ez da tamaina aldaketa soilik, Teslak teknologia berri asko sartu ditu errendimendua hobetzeko.
Bigarrena, 4680 bateriaren teknologia berria
1. Elektrodorik gabeko belarriaren diseinua
Intuitiboki, 4680aren sentsaziorik handiena handiagoa dela da.Beraz, zergatik ez zuten beste fabrikatzaileek bateria handitu iraganean.Hau da, zenbat eta bolumen handiagoa eta energia handiagoa izan, beroa zailagoa da kontrolatzen eta orduan eta handiagoa da erretzearen eta leherketaren segurtasun mehatxua.
Teslak, itxuraz, hori ere kontuan hartu du.
Aurreko bateria zilindrikoarekin alderatuta, 4680 bateriaren egiturazko berrikuntzarik handiena elektrodorik gabeko atzamarra da, aro osoa bezala ere ezaguna.Ohiko bateria zilindriko batean, kobrezko paper positiboak eta negatiboak eta aluminio-paperaren bereizlea pilatu eta zauritzen dira.Elektrodoak ateratzeko, fitxa izeneko berunezko hari bat soldatzen da kobrezko paperaren eta aluminiozko paperaren bi muturretan.
1860ko bateria tradizional baten luzera 800 mm-koa da.Adibide gisa eroankortasun hobea duen kobrezko papera hartuta, kobrezko paperetik elektrizitatea ateratzeko fitxen luzera 800 mm-koa da, hau da, 800 mm luzeko haritik igarotzen den korrontearen baliokidea.
Kalkuluaren arabera, erresistentzia 20mΩ ingurukoa da, 2170 bateriaren harilaren luzera 1000mm ingurukoa da eta erresistentzia 23mΩ ingurukoa da.Erraz bihur daiteke lodiera bereko filma 4680ko bateria batera bota behar dela eta harilaren luzera 3800 mm ingurukoa da.
Haizearen luzera handitzeak desabantaila asko ditu.Elektroiek distantzia handiagoa egin behar dute bateriaren bi muturretako fitxetara iristeko, erresistentzia handitu egingo da eta bateriak berotzeko joera handiagoa izango du.Bateriaren errendimendua hondatu egingo da eta baita segurtasun arazoak sortuko ere.Elektroiek egindako distantzia laburtzeko, 4680 bateriak elektrodorik gabeko belarri-teknologia erabiltzen du.
Elektrodorik gabeko fitxak ez du fitxarik, baina korronte-kolektore osoa fitxa bihurtzen du, bide eroalea jada ez da fitxaren menpekoa, eta korrontea fitxan zehar alboko transmisiotik kolektore-plakara igarotzen da. egungo biltzailea.
Luzera eroale osoa 1860 edo 2170 kobrezko paperaren 800 mm-tik 1000 mm-ra aldatu da 80 mm-ra (bateriaren altuera).Erresistentzia 2mΩ-ra murrizten da, eta barne-erresistentzia-kontsumoa 2W-tik 0,2W-ra murrizten da, hau da, magnitude ordena batean murrizten dena.
Diseinu honek bateriaren inpedantzia asko murrizten du eta bateria zilindrikoaren berokuntza arazoa konpontzen du.
Alde batetik, elektrodorik gabeko belarri-teknologiak korronte-eroapen-eremua handitzen du, korronte-eroaleko distantzia laburtzen du eta bateriaren barne-erresistentzia asko murrizten du;barne-erresistentziaren murrizketak uneko desplazamendu-fenomenoa murrizten du eta bateriaren iraupena luzatzen du;erresistentziaren murrizketak bero-sorkuntza ere murriztu dezake eta elektrodoaren estaldura eroalea Geruzaren eta bateriaren amaierako kaparen arteko kontaktu-eremu eraginkorra % 100era irits daiteke, eta horrek beroa xahutzeko ahalmena hobe dezake.
4680 bateriak elektrodorik gabeko belarriko teknologia mota berri bat hartzen du zelula-egiturari dagokionez, kostuak murriztu eta eraginkortasuna areagotu dezakeena.Bestalde, fitxen soldadura-prozesua baztertzen da, produkzio-eraginkortasuna hobetzen da eta soldatzeak eragindako akats-tasa murriztu daiteke aldi berean.
Monopoloaren eta polo osoko egituraren diagrama eskematikoa
2. CTC teknologiarekin konbinatuta
Oro har, zenbat eta bateria tamaina handiagoa izan, orduan eta bateria gutxiago instalatu behar da ibilgailu berean.18650 zelula ditu, Teslak 7100 zelula behar ditu.4680 bateria erabiltzen badituzu, 900 bateria besterik ez dituzu behar.
Zenbat eta bateria gutxiago izan, orduan eta azkarrago muntatu ahal izango dira, orduan eta eraginkortasun handiagoa, tarteko loturak arazoak izateko aukera gutxiago eta prezio merkeagoa izango da.Teslaren arabera, 4680 handiak baterien ekoizpen prezioa % 14 murriztu dezake.
Bateria paketearen energia-dentsitatea hobetzeko, 4680 bateria CTC (Cell to Chassis) teknologiarekin konbinatuko da.Bateriaren zelulak zuzenean txasisean integratzea da.Moduluak eta bateria-paketeak guztiz kenduz gero, bateria-zelulak trinkoagoak izango dira, bateria-pieza kopurua asko murriztuko da eta txasisaren espazioaren erabilera ere asko hobetuko da.
CTC-k bateriaren egitura-indarrean baldintza batzuk ditu.Bateriak berak indar mekaniko handia jasan behar du.18650 eta 2170 pilekin alderatuta, 4680 bateria bakarrak egitura-indar handiagoa eta egitura-indar handiagoa du, eta karratu karratuko bateria orokorra aluminiozko shell bat da.4680 oskola altzairu herdoilgaitzez egina dago eta berezko egitura-indarra bermatuta dago.
Oskol karratuko bateriarekin alderatuta, bateria zilindrikoaren diseinua malguagoa izango da, txasis ezberdinetara egokitu daiteke eta gunearekin hobeto konbinatu daiteke.
"EMF"ren ikerketaren eta epaiketaren arabera, CTC teknologia 2022an energia berrien ibilgailuen tuyera da, eta bidegurutze bat ere bada.
Bateria gorputzean integratzeak ibilgailuaren mantentze-lanak oso zailak izan ditzake eta bateria modu independentean ordezkatzea zaila da.Salmenta osteko zerbitzuen prezioak igo egingo dira, eta kostu horiek zuzenean kontsumitzaileei helaraziko zaizkie, aseguruen kostuak esaterako.Musk-ek moztu eta ordezkatu daitezkeen konponketa errailak diseinatu dituztela dioen arren, denbora beharko da nola funtzionatuko duen ikusteko.
Auto-enpresa askok beren CTC irtenbide teknikoak proposatu dituzte, bateria berrantolatzen ez ezik, karrozeriaren egitura ere aldatu behar duelako.Hau erlazionatutako industrien hornikuntza-katean lanaren birbanaketarekin lotuta dago.
CTC ibilbide tekniko bat besterik ez da.Bateriaren gorputz integratua da, aldaketarik gabeko desmuntaketa.Bertatik beste teknologia bat dago: bateria trukatzea.Bateria trukatzeko teknologia desmuntatzen erraza da, baina bateriak ekarpen handia egiten du bateriaren indarrari.Bi bide hauek nola aukeratu bateria hornitzaileen eta OEMen arteko joko bat da.
CTC teknologia 4680 bateriarekin konbinatuta
3. Baterien ekoizpen-prozesuan, katodoan eta anodoen materialetan berrikuntza
Teslak bateria lehorreko elektrodoaren prozesua erabiliko du, disolbatzaile bat erabili beharrean, PTFE hauts finko aglutinatzaile baten kantitate txiki bat (% 5-8 inguru) elektrodo positibo/negatiboko hautsarekin nahasten da, estrusore batetik igarotzen den zerrenda mehe bat osatzeko. elektrodo-materiala, eta, ondoren, elektrodo-materialaren zerrenda bat metalezko paper-korronte-kolektore batean laminatu zen amaitutako elektrodoa osatzeko.
Horrela ekoizten den bateria ingurumena errespetatzen du.Eta prozesu honek bateriaren energia-dentsitatea handituko du eta ekoizpenaren energia-kontsumoa 10 aldiz murriztuko du.Elektrodo lehorraren teknologia hurrengo belaunaldientzako erreferente teknologikoa bihurtuko da.
Tesla 4680 bateria elektrodo lehor teknologia
Katodoko materialei dagokienez, Teslak esan zuen katodoko kobalto elementua ere kenduko duela.Kobaltoa garestia eta urria da.Munduko oso herrialde gutxitan bakarrik atera daiteke, edo Kongo bezalako Afrikako herrialde ezegonkorretan.Bateria benetan kobalto elementua ken badezake, berrikuntza teknologiko garrantzitsu bat dela esan daiteke.
Kobaltoa
Anodoen materialei dagokionez, Tesla siliziozko materialekin hasiko da eta silizio gehiago erabiliko du gaur egun erabiltzen den grafitoa ordezkatzeko.Silizioan oinarritutako elektrodo negatiboaren gaitasun espezifikoa 4200mAh/g-koa da, hau da, grafitozko elektrodo negatiboarena baino hamar aldiz handiagoa.Hala ere, silizioan oinarritutako elektrodo negatiboek arazoak dituzte, hala nola silizioaren bolumen hedapen erraza, eroankortasun elektriko eskasa eta hasierako karga-deskarga galera handia.
Hori dela eta, materialen errendimenduaren hobekuntza energia-dentsitatearen eta egonkortasunaren arteko oreka bilatzea da, eta gaur egungo silizioan oinarritutako anodo produktuak silizioarekin eta grafitoarekin dopatzen dira konposatuak erabiltzeko.
Teslak silizioaren gainazalaren malleabilitatea funtsean aldatzeko asmoa du, hausteko joera gutxiago izan dadin, bateriak azkarrago kargatzeaz gain, bateriaren iraupena ehuneko 20 handitzen duen teknologia.Teslak "Tesla Silicon" izena jarri zion material berriari, eta kostua 1,2 $/KWh da, hau da, lehendik dagoen silizio egituratuaren prozesuaren hamarren bat baino ez da.
Silizioan oinarritutako anodoak hurrengo belaunaldiko litiozko bateriaren anodoen material gisa hartzen dira.
Merkatuan dauden modelo batzuk silizioan oinarritutako anodo-materialak erabiltzen hasi dira.Tesla Model 3 bezalako modeloek dagoeneko silizio kantitate txikiak sartzen dituzte elektrodo negatiboan.Duela gutxi, GAC AION LX Plus modeloa aurkeztu zen.Qianli bertsioa belaki silizio anodo txip bateria teknologiarekin hornituta dago, bateriaren 1.000 kilometroko iraupena lor dezakeena.
4680 bateria silizio anodoa
4680 bateria teknologiaren abantailak laburbiltzeko errendimendua hobetu dezakeela kostuak murrizten ditu.
3. 4680 baterien eragin handia
4680 bateria ez da iraultza teknologiko subertsibo bat, ez da energia-dentsitatean aurrerapauso bat, prozesuen teknologian berrikuntza bat baizik.
Hala ere, Teslak bultzatuta, energia-merkatu berriaren egungo eredurako, 4680 baterien ekoizpenak lehendik dagoen bateriaren eredua aldatuko du.Industriak ezinbestean bolumen handiko bateria zilindrikoen olatua piztuko du.
Txostenen arabera, Panasonic-ek Teslarako gaitasun handiko 4680 baterien ekoizpen masiboa hastea aurreikusten du 2023 hasieran.Inbertsio berria 80.000 milioi yen (704 milioi USD gutxi gorabehera) izango da.Samsung SDI eta LG Energy ere batu dira 4680 bateriaren garapenarekin.
Etxean, Yiwei Lithium Energyk iragarri zuen Yiwei Power filialak 20GWh-ko bateria zilindriko handi bat ekoizteko lerro bat eraikitzeko asmoa duela bidaiarientzako ibilgailuentzat Jingmen High-tech Zonen.BAK Battery eta Honeycomb Energy bateria zilindriko handien eremuan ere sartuko dira.BMW eta CATL bateria zilindriko handiak ere aktiboki zabaltzen ari dira, eta oinarrizko eredua zehaztu da.
Baterien fabrikatzaileen bateria zilindrikoen diseinua
Laugarrenik, indar elektroeragileak badu zer esanik
Bateria zilindriko handiaren egiturazko berrikuntzak, dudarik gabe, bateriaren industriaren garapena sustatuko du.Ez da 5. bateriatik 1. bateriara berritzea bezain erraza.Bere gorputz gizenak galdera handiak ditu.
Bateriaren kostua ibilgailu osoaren kostuaren %40tik gertu dago.Bateria "bihotza" gisa duen garrantzia nabaria da.Hala ere, energia berrien ibilgailuen ospearekin, baterien eskaera handitzen ari da egunetik egunera, eta materialen prezioa igotzen ari da.Baterien berrikuntza garatzeko bide garrantzitsu bat bihurtu da auto-enpresentzat.
Bateriekin lotutako teknologien garapenarekin, ibilgailu elektriko merkeak gertu daude!
Argitalpenaren ordua: 2022-06-13