4680 está llegando

Lanzamiento del día de la batería Tesla 2020 de 4680 celdas. Panasonic, LG, Samsung, EVA, Ningde Time y otras empresas de baterías han invertido en investigación y desarrollo. Se espera que 4680 se convierta en la celda de batería principal de Tesla, impulsando el desarrollo de la cadena industrial relacionada. 4680 adopta nuevas tecnologías como cilíndrico grande, terminal de polo completo, electrodo seco, etc., lo que mejora significativamente la energía (5 veces más que la batería 2170) y la potencia (6 veces más que la batería 2170). Además, reduce el coste de la batería (14 % en comparación con la batería 2170), optimiza el rendimiento de disipación de calor, la eficiencia de producción, la velocidad de carga, la densidad de energía, el rendimiento del ciclo, etc.

El terminal completo reduce significativamente la resistencia interna, mejora la potencia, la seguridad, el rendimiento de carga rápida y duplica el proceso de corte por láser requerido. Las baterías convencionales tienen sólo dos terminales, uno para el terminal positivo y otro para el terminal negativo. Las baterías 4680 tienen terminales completos (terminales cortados directamente del terminal positivo/negativo), lo que aumenta considerablemente el recorrido de la corriente y acorta el espacio entre terminales. Esto reduce significativamente la resistencia interna y aumenta el tipo de multiplicador. Dado que el número de orejetas es mucho mayor que en los diseños convencionales, se requieren más procesos de corte por láser.

Ventajas de 4680:

El cilindro grande 4680 tiene una mejor adaptabilidad con alto contenido de níquel, lo que estimula el desarrollo de la cadena industrial con alto contenido de níquel. El material de hierro y litio tiene un precio más bajo y un mayor rendimiento de seguridad, lo que reduce continuamente la cuota de mercado del material ternario. Las celdas cilíndricas grandes tienen una mejor adaptabilidad con alto contenido de níquel, y Tesla adopta el material catódico NCM811 con alto contenido de níquel, lo que ayuda a mejorar la participación de mercado con alto contenido de níquel.

4680 gran cilíndrico y cátodo de silicio mejor adaptabilidad: capacidad máxima teórica de la batería del cátodo de silicio de hasta 4200Wh/kg, mucho mayor que el grafito 372Wh/kg. Las celdas 4680 de primera generación de Tesla no utilizan cátodos de silicio, debido a que la primera incursión de Tesla en el campo de las celdas de batería no utiliza un diseño muy radical.

1. revisión del historial de desarrollo de la batería cilíndrica

sony:el primer inventor, finalmente se retiró de la industria. En 1992 se inventaron las baterías de iones de litio, que una vez introducidas con una densidad de energía ultraalta aplastaron las baterías tradicionales de hidruro metálico de níquel. 1994 Sony se convierte en el mayor fabricante de portátiles y proveedor de baterías de Dell. En 2006, en una reunión sobre el incendio de una computadora portátil Dell, Sony retiró del mercado 10 millones de baterías. Y luego, con el ascenso de los fabricantes de baterías de Corea del Sur y China, Sony está sumido en el fango de pérdidas. 2016 vendió negocio de litio.

Panasonic:logro mutuo con Tesla. 1994 investigación y desarrollo de baterías de iones de litio, 1997 Toyota Prius utilizando batería cilíndrica 18650 de Panasonic, 2008 adquisición de Sanyo Electric y suministro de Tesla Roasder. 2010 transformación de baterías eléctricas y acciones de Tesla, 2014 fábrica estadounidense y logro mutuo de Tesla.

LG:Tesla tiene un momento culminante. 1999, producción en masa de 18650 baterías, pero solo en 2019 ingresó a la cadena de suministro de Tesla.

IDE:gran empresa con pequeña empresa. En 1999, la batería de mayor capacidad de 1,8 Ah en la industria de producción en masa, alguna vez ocupó una posición dominante en el mercado de portátiles, pero ha dudado en la batería eléctrica.

2. revisión del historial de desarrollo de la batería cuadrada

IDE:la antigua batería de la plaza principal. En 1999 desarrolló una batería de energía cuadrada, en 2009 se convirtió en proveedor de baterías de energía de BMW, en 2016, debido a la política de lista blanca de China, recurrió al diseño europeo, los ingresos del negocio de baterías de litio de la compañía representaron relativamente bajos.

CATL:el mayor beneficiario de la política de subsidios, el ascenso del billón de líder. 2011 cooperación con BMW, independiente de especializarse en baterías eléctricas. En 2014, debido a la política de subsidios, los envíos aumentaron considerablemente, en 2014 se dedicó a la investigación y el desarrollo de materiales ternarios de alta densidad energética. La política de lista blanca de 2016, así como la política de subsidios, tienden a avanzar hacia los materiales de alta densidad de energía y los envíos.

BYD:La empresa se fundó en 1995, fue la cuarta batería de teléfono móvil más grande enviada a nivel mundial en 1997, ingresó al campo del automóvil en 2003, desarrolló el automóvil eléctrico puro F3e en 2006, el autobús eléctrico puro producido en masa en 2009, el automóvil de pasajeros eléctrico puro e6 producido en masa En 2010, se benefició de la política de subsidios y se convirtió en líder en China. La política de subsidios de 2016 tiende a materiales ternarios y BYD no suministra baterías. En 2016, la política de subsidios favorece los materiales ternarios y BYD no suministra baterías, por lo que el volumen de envíos está disminuyendo, y en 2020 se lanzarán baterías blade y modelos DMI, y la participación de mercado seguirá aumentando.

3. revisión del historial de desarrollo de la batería del paquete blando

AESC:el primer rey. establecida en 2007, centrándose en la ruta de la tecnología de manganato de litio. 2010 equipado con el clásico mercado Nissan Leaf de AESC, creando una historia de calidad de 9-año de cero accidentes de seguridad con baterías. 2017 debido a que la ventaja del manganato de litio ya no existe, AESC ya no es el proveedor exclusivo de Leaf, adquirido por Vision en 2019.

LG:Juego de baterías de paquete blando maestro. LG ingresó al mercado de baterías eléctricas en 2009 después de años de precipitaciones en las baterías de teléfonos móviles. El primer modelo híbrido de Hyundai, 2010 compatible con el Chevrolet Volt, las ventas de Chevrolet Volt y Bolt de 2017 superaron las 50,{4}} unidades, 2018 y la cooperación de VW para desarrollar la batería de paquete blando MEB y LG alcanzó su apogeo. Retirada del mercado de Hyundai y GM en 2021 debido a problemas de seguridad de la batería, el día de la batería de VW anunció la elección de celdas estándar cuadradas, la batería de paquete blando sufrió un revés.

Juzgar la ruta técnica debe evaluarse desde la perspectiva del sistema/vehículo completo, y las ventajas y desventajas de las celdas individuales no pueden extrapolarse al sistema.La alta densidad de energía de la celda no es lo mismo que la alta densidad de energía del sistema.La densidad de energía de las celdas blandas es alta, pero el peso de las partes estructurales de las baterías blandas a nivel del sistema es mucho mayor que el de las baterías duras, lo que hace que la diferencia en la densidad de energía a nivel del sistema no sea significativa.Una buena seguridad de las celdas no es igual a una buena seguridad del sistema de baterías.La ruta de disipación de calor, el estado de fijación y la conexión de alto voltaje de las celdas del paquete de baterías afectarán el efecto de protección térmica contra fugas. Las baterías blandas tienen un mejor rendimiento de seguridad que las baterías duras a nivel de celda, pero la protección a nivel del sistema también es muy difícil y costosa, y no hay ninguna ventaja significativa en general.

El proceso de producción de baterías cilíndricas es el más simple y eficiente de los tres métodos de envasado. Los principales procesos de producción incluyen: dosificación, recubrimiento, laminado, troquelado, bobinado, soldadura y otros procesos.

Las dificultades en el proceso de producción de 4680 células all-ear son:

• Troquelado: cuando la celda de todas las orejas está recubierta con postes, se reserva un área de lámina vacía en el borde del líquido colector. Después de presionar y cortar el rollo, el área de lámina vacía en el borde del colector se corta en múltiples orejetas y luego se enrolla. Las orejetas polares cortadas con láser tienen los siguientes problemas: (i) la pieza polar tiende a vibrar al cortar; (ii) el problema de que la chatarra no puede descargarse eficazmente después del corte; y (iii) la longitud y el número de troqueles son mucho mayores que los de los terminales de poste convencionales.

• Amasado: En el proceso de fabricación de la batería cilíndrica 4680, es necesario amasar todo el terminal del núcleo de la batería y luego soldarlo con la placa polar después de que la sección del núcleo de la batería esté plana. Hay muchas dificultades en el proceso de amasado: ① cuando la velocidad de amasado es demasiado rápida, la pieza polar se saldrá ② cuando la velocidad de amasado es demasiado lenta, la eficiencia de producción es baja ③ cuando el nivel de amasado produce más virutas de metal, lo que resulta en un cortocircuito interno ④ desprendimiento de material vivo y otros problemas ⑤ la fricción genera mucho polvo ⑥ produce pliegues en las orejetas.

• Soldadura: la soldadura de orejetas de batería 4680 debido al aumento en el número de orejetas aumenta el volumen de soldadura. El proceso intermedio de soldadura del núcleo generalmente incluye soldadura por orejetas (incluida la soldadura previa), soldadura por puntos de la correa del polo, soldadura previa del núcleo en la carcasa, soldadura de sellado de la cubierta superior de la carcasa, soldadura de sellado del puerto de inyección de líquido, etc. La circunferencia de soldadura y el tiempo aumentan, el terminal del polo completo y el fluido colector tienen espacios en blanco limitados, hay un efecto de acumulación térmica, que afectará la consistencia, y el proceso de soldadura es propenso a la acumulación térmica.

• Troquelado: A través de la máquina cortadora, los rollos de polos fresados ​​se cortan al ancho requerido para la producción de células de acuerdo con la demanda real. Las celdas 4680 se forman cortando las orejetas directamente sobre la lámina vacía, lo que plantea mayores requisitos de precisión, velocidad y calidad del corte láser para equipos de producción de alta velocidad.

  
  

Solución de pieza de batería para todo oído 4680:

• Troquelado: troquelar las orejetas completas positivas y negativas en múltiples monolitos de orejetas en paralelogramo, lo que no solo puede evitar que la orejeta se salga durante el proceso de amasado, sino que tampoco raya la pared interna de la carcasa de la batería cuando se ensambla con la carcasa de la batería; y puede reducir la generación de virutas de metal para evitar cortocircuitos; al mismo tiempo, esta estructura de paralelogramo puede reducir efectivamente la presión del rodillo al amasar, evitando así el desprendimiento de material activo y mejorando en gran medida la tasa de rendimiento.

• Amasado: El proceso de amasado varía mucho de un fabricante a otro, y la patente CN11356039A muestra que la manga de amasado se aplica a la manga exterior de la orejeta de polo completo. El cabezal aplanador se acerca al manguito aplanador mientras gira y, después de hacer contacto con el manguito aplanador, girará directamente sobre el manguito aplanador e impulsará la deformación elástica del manguito aplanador para transferir la fuerza de rotación a la orejeta completa para completar el aplanamiento; Dado que el cabezal aplanador ya no hace contacto directo con la orejeta completa, puede evitar de manera efectiva que la orejeta completa sea parcialmente aplastada, eliminando así el impacto en la calidad del producto y mejorando la tasa de rendimiento. La patente muestra que: el amasado ultrasónico trata previamente la cara extrema del núcleo con ondas ultrasónicas y luego realiza el amasado mecánico. El amasado ultrasónico incluye un cabezal de amasado ultrasónico colocado en ambos extremos del núcleo, y el cabezal de amasado ultrasónico tiene una ranura, y los dos extremos del núcleo se insertan en la ranura del cabezal de amasado ultrasónico correspondiente. El núcleo se transporta a la unidad de amasado ultrasónico, y el cabezal de amasado ultrasónico vibra y amasa los dos extremos del núcleo para lograr un efecto de aplanamiento y mejorar la compacidad de los extremos del núcleo en preparación para el amasado mecánico posterior. El cabezal amasador mecánico es un cabezal amasador cerámico. El cabezal amasador mecánico gira y aprieta el núcleo para aplanarlo. La patente CN213878154U opta por aplicar material aislante en el borde en bruto después del recubrimiento, y el material aislante está al mismo nivel que el material activo, de modo que el colector forma un plano completo después del bobinado, sin necesidad de amasar.

• Soldadura: Actualmente la soldadura de orejetas de postes se suele realizar con láser. Ajuste preciso de la velocidad de soldadura, la profundidad de la soldadura, el ancho de la soldadura y otras ventajas para adaptarse a la soldadura de diferentes materiales y productos, para lograr una soldadura precisa, una calidad más confiable y una apariencia ordenada.

Se espera que se alivien los problemas anteriores. Creemos que 4680 acelerará el aumento de la participación de la columna:

1) aumento de la oferta de calidad: liberalización de la lista blanca, entrada líder de billones. El 21 de junio de 2019 se derogaron oficialmente las "condiciones de especificación de la industria de baterías eléctricas para automóviles", lo que significa que el mercado de baterías eléctricas de China está oficialmente abierto a las empresas de baterías extranjeras, LG, Panasonic, etc., que pueden proporcionar baterías cilíndricas de calidad para el mercado chino. Domestic Ningde Time y YIWI Li-energy ya han invertido en la investigación y el desarrollo de baterías cilíndricas 4680, y las empresas que han expresado públicamente su compromiso con la investigación y el desarrollo de baterías 4680 incluyen: Tesla, LG, Samsung, SDI, CATL, YIWI Li-energy , etc.

2) Menor número de baterías, menor dificultad de integración: Tesla ahora usa 4416 21700 baterías y usará 960 4680 baterías en el futuro, por lo que el umbral de integración del sistema se reduce significativamente.

3) Mayor capacidad y reducción de la brecha de costos: la capacidad de 4680 baterías cilíndricas es 5 veces mayor que la de 21700 baterías, combinada con una alta eficiencia de producción y un alto rendimiento de las baterías cilíndricas, un mayor contenido de níquel del material catódico y más cátodos de silicio, el costo Se reduce la brecha entre las baterías 4680 y las baterías cuadradas.

4) BMW es el primero en cambiar a baterías cilíndricas: se utilizarán celdas cilíndricas en el sistema de baterías del BMW Gen6. Como perforador de CATL, BMW había elegido firmemente la ruta de la tecnología de baterías cuadradas, y ahora está tomando la iniciativa para cambiar a la ruta de la tecnología de baterías cilíndricas, lo que seguramente tendrá un profundo impacto en otras compañías automotrices.