Técnicas de fabricación de la batería Tesla 4680&informe de mercado
Índice
Se ha mejorado el rendimiento de la batería del Tesla 4680
Diseño de la célula
Sólo cambia el factor de forma, la batería del tesla 4680 cuesta 14% menos por kWh que la del 2170. La potencia de una sola célula aumenta hasta 5,48 veces al aumentar el volumen, y el material de la carcasa aumenta menos de 3 veces. Un menor número de celdas reduce el tiempo de montaje, mejora la eficiencia del grupo y aporta más ventajas de coste.
Sólo cambia la dimensión externa, la densidad energética puede incrementarse en 10%; cuando se sustituye el electrodo negativo de carbono silicio, la densidad energética puede incrementarse en 20% hasta más de 300wh/kg.
Fábrica de células
Los costes se reducirán en 18% a medida que se simplifiquen los procesos de fabricación, se mejore la eficiencia de las líneas y se mejoren los procesos. El diseño de Tesla parte del recubrimiento de los electrodos, el bobinado, el montaje, la formación química y otros eslabones para mejorar la eficiencia de la producción. En conjunto, la gran batería cilíndrica puede lograr una producción continua e ininterrumpida.
El proceso de fabricación es menor que el de la bolsa blanda y la carcasa cuadrada de aluminio (unos 10 procesos para un cilindro grande). El tiempo de la línea de producción es corto (unos 7 días para los cilindros grandes, unos 10 días y 12 días para las bolsas cuadradas y blandas, respectivamente), lo que mejora el índice de rotación y reduce el índice de inventario.
4680 proceso de fabricación de células
- Proceso de revestimiento
Los equipos de producción de tecnología de electrodos en seco ocupan 10 veces menos espacio, consumen 10 veces menos energía y cuestan 10%-20% menos. El proceso húmedo consiste en mezclar el polvo y el disolvente, aplicarlo a la lámina, colocarla en un horno para secarla y recuperar el disolvente. El proceso seco ahorra el enlace del disolvente, pero la uniformidad y la adherencia son más difíciles de controlar. El proceso de recubrimiento está aún en fase de investigación y desarrollo.
- Bobinado
Debido a las lengüetas, la producción de la batería debe iniciarse y detenerse constantemente. La batería tesla 4680 es todo polos lengüetas, y el proceso de bobinado puede lograr la producción ininterrumpida de alta velocidad continua, alcanzando una fabricación de alta velocidad de 300ppm, mientras que la caja de aluminio cuadrada es generalmente sólo 10-20ppm.
- Montaje
Mejorar la eficiencia mediante el ensamblaje de flujo continuo. Tesla diseñó una línea de producción con una capacidad de 20 GWh, multiplicando por siete la producción de cada línea. Este proceso reduce los enlaces de transporte innecesarios.
- Formación
Al mejorar la eficiencia de la formación, el coste de inversión de la formación se reduce en 86% y el espacio de suelo se reduce en 75%. Por formación se entiende la carga y descarga de la batería y la comprobación de la calidad de la batería, normalmente la carga y descarga de una batería monocelular.
Tesla, por su parte, carga y descarga miles de baterías al mismo tiempo, lo que mejora notablemente la rentabilidad y la densidad de los dispositivos químicos.
- Integración de vehículos
El pack de baterías de largo alcance del Model 3 consta de 4 módulos conectados en serie. El módulo grande (amarillo) contiene 25 bloques de baterías en serie, y el módulo pequeño (verde) contiene 23 bloques de baterías en serie.
Cada bloque de batería consta de 462170 celdas conectadas en paralelo, que es una composición, un total de 4416 celdas. La batería tesla 4680 adopta la tecnología CTC, sin ensamblaje de módulos, y la tecnología de fundición a presión integrada, que puede ahorrar 370 piezas, reducir el peso del cuerpo en 10%, y reducir el coste unitario de la batería en 7%.
La proporción de módulos de área de celda de batería tesla 4680 ha aumentado. La capacidad total de la batería aumenta en 15,9%, la vida útil de la batería aumenta en 16% y la densidad energética del sistema aumenta en 25%.
Actualización de la gestión térmica del 4680
En la actualidad, la batería de potencia adopta una gran cantidad de baterías de pequeña capacidad que se agrupan en serie y en paralelo para satisfacer los requisitos de alta energía. Los accidentes de baterías de potencia que se han producido en los últimos años están todos causados por la sistema de gestión térmica de baterías en el paquete de baterías, lo que genera una gran cantidad de calor, que hace que se calienten las celdas de batería circundantes, provocando así la propagación del desbocamiento térmico.
Por tanto, hay tres factores fundamentales que provocan el desbordamiento térmico de la batería: la energía liberada por una sola célula, la capacidad de aislamiento térmico de las células circundantes y la capacidad de disipación térmica de la unidad.
La energía del monómero cilíndrico es baja, la energía liberada por el monómero es pequeña y no es fácil que se propague el calor en comparación con el paquete cuadrado y blando. Desde la perspectiva del nivel de monómero, el orden de seguridad es: cilindro pequeño > cilindro grande > paquete blando > cuadrado.
En términos de tamaño, la relación de corriente de la batería tesla 4680 es un punto crítico perfecto. Puede seguir siendo más grande en altura, pero más grande en diámetro, la disipación de calor será un problema.
La capacidad de aislamiento térmico de la batería cilíndrica es mayor. En comparación con la estrecha conexión entre la batería cuadrada y las celdas de la batería soft pack, la superficie del arco cilíndrico de la batería tesla 4680 puede limitar en cierta medida la transferencia de calor entre las baterías.
Las baterías 4680 adoptan una combinación de refrigeración por agua superior y lateral. En la parte superior se utiliza una placa de refrigeración por agua completa, y en el lateral se emplea espuma termoconductora para la conducción del calor, lo que mejora aún más la eficacia de la refrigeración respecto a la refrigeración por agua lateral original del cilindro. La superficie de refrigeración por agua por kWh de las baterías 4680 es 1,64 veces la de un paquete cuadrado y 1,53 veces la de un paquete blando.
Las orejas sin electrodos mejoran aún más la disipación del calor. La batería tesla 4680 adopta el esquema todo-polo/sin-polo, es decir, se eliminan las lengüetas metálicas que se dibujan y conectan desde cada capa, y los dos extremos de la batería se cambian directamente a materiales conductores, de modo que pueden transmitir directamente la corriente.
Aunque la batería es más grande, el recorrido de la corriente es más corto. Al reducirse de 250 mm a 50 mm, el área de conducción de la corriente es mayor y la impedancia se reduce considerablemente, con lo que el aumento de temperatura de la carga y descarga de alta corriente es menor.
El 4680 aumenta en gran medida el área de disipación de calor de la célula de la batería, y la transferencia de calor es más uniforme, y el material ternario que es más sensible a la seguridad es más atractivo.
Cambios tecnológicos en la batería Tesla 4680
Tras la reducción de costes del cilindro ternario 4680, el coste es similar al de la cuadrada de hierro-litio, y la seguridad también ha mejorado. La batería tesla 4680 tiene una capacidad única de unos 24Ah, que es inferior a los 100-300Ah de una batería cuadrada típica. La influencia del desbordamiento térmico único es pequeña, y la dirección de alivio de presión es controlable.
El diseño de polo completo superpuesto hace que el ternario 4680 sea cilíndrico con baja generación de calor y difícil gestión térmica. Baja. La eficiencia de grupo de las células cilíndricas 4680 (alrededor de 70%) es inferior a la de las células de carcasa cuadrada (>80%). Los materiales de cátodo de alto contenido en níquel y los materiales de ánodo de silicio-carbono pueden mejorar en gran medida la densidad energética de las células y los sistemas.
La célula 4680 es de mayor tamaño y suele utilizar una carcasa de acero de alta precisión, bajo coste y mayor longitud. El proceso de producción debe superar las siguientes dificultades principales:
- La consistencia del tamaño debe ser alta. La carcasa es una pieza estructural de precisión, sensible a las tolerancias dimensionales, y el nivel de batería exige un requisito de precisión de cien niveles;
- El requisito de difusión térmica es elevado. El acero debe cumplir los requisitos de difusión térmica. En comparación con el aluminio, el acero tiene mayor dureza y menor ductilidad, por lo que no puede fabricarse directamente utilizando los parámetros de proceso de las latas;
- La altura de la batería puede seguir aumentando.
Desde la perspectiva de la sobrecorriente de la batería y la generación de calor, la altura de la batería puede aumentar aún más, y el proceso de carcasa debe ser compatible con carcasas de batería largas. La producción eficiente es un elemento clave para la estampación horizontal en el campo de las carcasas de baterías tesla 4680.
La célula 4680 tiene ventajas inherentes al uso del proceso CTC. En primer lugar, el CTC impone ciertos requisitos a la resistencia estructural de la batería. La propia batería tiene que soportar una resistencia mecánica considerable.
En comparación con las 18650 y 21700, la 4680 tiene una mayor resistencia estructural, y la carcasa exterior suele ser de acero inoxidable. Este es un artículo sobre Batería 4680 vs 18650 para que tengas claras sus comparaciones.
En segundo lugar, en comparación con las baterías de carcasa cuadrada, la disposición de las baterías cilíndricas será más flexible y podrá adaptarse a diversos chasis. Combinadas con las ventajas de alta densidad energética y alta potencia de carga y descarga de las lengüetas omnipolares, el potencial futuro en los campos HEV y PHEV también es grande.
