Batería Panasonic 4680 - las características y el estado de la producción

La altura de la batería Panasonic 4680 es 14,3% mayor que la de la batería 2170, y la densidad de disposición de la batería también aumenta ligeramente. Cuando se diseñó la batería, se redefinieron y diseñaron los electrodos de la batería, lo que provocará una generación de calor adicional en la batería.

Aunque la patente de la lengüeta sin polos puede reducir la generación de calor hasta cierto punto, todavía no hay forma de resolver fundamentalmente la generación de calor dentro de la celda de la batería. Si no existe una gestión excelente de la batería, el riesgo para ésta será aún mayor.

La batería Panasonic 4680 es una innovación tecnológica, y llevará tiempo comprobar cómo se utilizará en los vehículos. Pero el descenso del coste de la batería 56% basta por sí solo para agitar el mercado de los vehículos eléctricos, y también ha intensificado la competencia en el sector de las baterías de iones de litio.

Estado de la producción en serie de la batería Panasonic 4680

Ya en febrero de 2022, Panasonic había anunciado que comenzaría la producción en masa de 4680 baterías para Tesla en el año fiscal 2023 (de abril de 2023 a marzo de 2024).

Para ello, Panasonic planea construir dos nuevas líneas de producción en la planta de Wakayama (Japón), invirtiendo 80.000 millones de JPY en la planta, con una capacidad de producción anual estimada de 10GWh, lo que supone alrededor de 20% de la capacidad de producción de Panasonic, suficiente para alimentar unos 150.000 vehículos eléctricos.

Sin embargo, en mayo de 2023, Panasonic, como proveedor de baterías de Tesla, dijo que retrasaría la producción comercial de las baterías Tesla 4680. Se dice que la producción en masa está previsto que comience en la primera mitad del año fiscal 2025 para las medidas de mejora del rendimiento que pueden mejorar aún más la competitividad.

La razón del aplazamiento de la producción en masa de la batería Panasonic 4680 es que el rendimiento aún es insuficiente, por lo que se espera que el rendimiento de la batería Panasonic 4680 se mejore aún más, y la producción comercial en masa se realice en 2025. Según los datos, Panasonic desarrolló una muestra de la batería Panasonic 4680 en octubre de 2021 y la entregó a Tesla en 2022.

Sin la capacidad de producción de Panasonic, por un lado, significa que Tesla necesita reducir el coste de las baterías 4680 por su cuenta, y por otro lado, también significa que su capacidad de producción es limitada. Ya en 2020, Tesla presentó la batería 4680.

En diciembre de 2022, Tesla declaró oficialmente que el equipo de baterías 4680 completó la construcción de 868.000 baterías 4680 en una semana en la planta de Fremont (California), lo que equivale al número de baterías necesarias para 1.000 vehículos eléctricos Model Y. La producción anualizada fue de unos 4 GWh.

En enero de 2023, Tesla anunció que gastará US$3.600 millones en ampliar la fábrica de Nevada para la producción de camiones pesados eléctricos Semi y baterías 4680, con una capacidad de baterías prevista de 100GWh.

En la actualidad, se han desplegado cuatro líneas de producción de baterías 4680 en la superfábrica de Tesla en Texas, una se ha puesto en producción y las tres restantes están en fase de depuración e instalación. Los datos muestran que Tesla tiene previsto producir actualmente más de 200 GWh.

El proveedor surcoreano de Tesla, LG Energy Solutions, también ha declarado que planea construir una nueva línea de producción de baterías 4680 en la fábrica de Corea del Sur antes de finales de 2023, pero no reveló cuándo comenzarán a producirse en masa. Según la fecha, en abril de 2023, Tesla contrató a expertos en baterías para completar los problemas del proceso de electrodo seco de las baterías 4680, con la esperanza de acelerar el proceso de producción en masa de las baterías 4680.

En cuanto a la producción en serie de las baterías 4680, la industria cree en general que todavía existe un cuello de botella técnico. La razón por la que la batería Panasonic 4680 es difícil de producir es que está restringida por el proceso de fabricación de electrodos secos.

Esta tecnología combina la preparación de la pasta, el recubrimiento del electrodo, el prensado con rodillo y el corte longitudinal, realizando el proceso de producción totalmente automático de entrada de material en polvo y láminas y salida de piezas de electrodo, sin disolución de disolventes, evaporación, recuperación ni ajuste fino. Se dice que la etapa de destilación es 20 veces más eficaz.

El proceso de fabricación de electrodos en seco es una tecnología de producción sin disolución. Debido a que las partículas de aglutinante generalmente disponibles en el mercado son grandes, no pueden dispersarse uniformemente cuando se utilizan directamente en electrodos de tipo seco, lo que también se traduce en un bajo rendimiento de los electrodos de tipo seco.

Además, la batería Panasonic 4680 adopta la tecnología láser sin polos para eliminar las principales partes de calentamiento de la batería. Por lo tanto, los eslabones del proceso como el corte y la soldadura láser alrededor de la batería cambian en gran medida, y la complejidad del proceso es alta, lo que significa que se plantean mayores requisitos para la precisión y la eficiencia del equipo.

Diferentes rutas técnicas de la batería 4680

La producción en serie de la batería 4680 está limitada por su tamaño y el método de diseño de lengüetas omnipolares. Desde el punto de vista actual, varias empresas están evaluando distintos procesos. Por ejemplo, la dificultad del proceso de soldadura de lengüetas omnipolares provoca una diferencia entre el rendimiento real actual y la tasa prevista.

Estructura:

Hay una gran diferencia entre la estructura de la batería 4680 y la Batería 21700, debido principalmente al cambio provocado por el diseño de las lengüetas omnipolares (placa colectora).

La estructura general del 4680 es: una capa de diafragma, con una capa de lámina de cobre y otra de aluminio en ambos extremos como cátodo y ánodo. El cátodo y el ánodo son propensos a sufrir microcortocircuitos durante el proceso de bobinado de la lámina. Cuando la corriente de autodescarga es suficientemente grande, puede producir productos defectuosos.

Soldadura:

El proceso de soldadura del conjunto aumenta el perímetro y el tiempo de soldadura de la pila Panasonic 4680. La dificultad de la soldadura de la pila 4680 es mejorar la tasa de éxito o el tiempo de una soldadura, lo que supone un gran reto para la precisión del equipo. Sin embargo, la celda 4680 tiene un espacio en blanco limitado para las pestañas de todos los polos y los colectores de corriente, lo que resulta en un efecto de acumulación térmica, que afecta a la consistencia.

Interna:

Después de adoptar la tecnología de recubrimiento de escamas de pescado, cuando el recubrimiento es desigual, también afectará a la tasa de rendimiento.

Sistema de material de la batería:

La batería 4680 de Panasonic utiliza NCA y una nueva generación de materiales experimentales con bajo contenido en cobalto. El cátodo de primera generación de la 4680 de Tesla es un sistema NCM 91 con mayor contenido de níquel que el NCM811. El electrodo positivo utilizado actualmente por LG es NCMA.

Situación actual de la producción de baterías 4680 en China

Aunque la producción en masa de las baterías 4680 aún se enfrenta a cuellos de botella técnicos, ya hay un grupo de perseguidores en China. Fabricantes de baterías como EVE Energy, CATL, BAK Battery y Gotion High-Tech están realizando un seguimiento activo de la serie 46 de grandes baterías cilíndricas, incluida la 4680, y algunos fabricantes han anunciado que lograrán la producción en masa en 2023.

Energía EVE

EVE Energy afirmó que las baterías cilíndricas de gran tamaño presentan ventajas absolutas en cuanto a seguridad y costes, y que las baterías cilíndricas de gran tamaño pueden convertirse en la dirección técnica definitiva de las baterías de potencia. EVE Energy lanzó una nueva generación de baterías cilíndricas grandes (46950) el 20 de diciembre de 2022.

Según los datos divulgados por la empresa, el producto tiene una densidad energética de 350 Wh/kg, admite la carga ultrarrápida en 9 minutos y puede cargar hasta 80% en 10-20 minutos. En abril de 2023, EVE volvió a insistir en que seguirá firmemente la ruta de la batería cilíndrica grande y la batería grande de iones de litio, y la batería cilíndrica grande 4695 se fabricará en serie y se entregará en 2023.

CATL

CATL está en proceso de fusionar su batería Kirin y las baterías cilíndricas de gran tamaño, como la 4680. Como empresa líder en baterías de litio en China, CATL tiene mayores ventajas en su batería Kirin en términos de densidad de energía, rendimiento de seguridad, rendimiento de carga rápida y vida útil del ciclo en comparación con las baterías 4680 y otras baterías cilíndricas grandes de otros fabricantes de baterías chinos, lo que hace que la batería Kirin sea la dirección principal de la empresa.

Por otra parte, la empresa también declaró que ha desarrollado con éxito baterías cilíndricas de gran tamaño, como la 4680 y la 4695, en respuesta a los requisitos de aplicación especiales de clientes individuales, y afirmó que su ciclo de vida es más de tres veces superior al de otros fabricantes, y la densidad de energía es más de 10% superior a la de otros fabricantes, mientras que la seguridad se aproxima a la de la batería Kirin.

Gotion Alta Tecnología

En marzo de 2023, el proyecto de baterías de nueva energía 4695 de Gotion High-Tech, con una producción anual de 10 GWh, aterrizó en Hefei, Anhui. En diciembre de 2022, Gotion High-Tech exhibió por primera vez sus baterías cilíndricas de la serie 46. La densidad energética de las dos series 46 batería ternaria de litio expuesto por la empresa especialmente desarrollado para vehículos eléctricos puros alcanzó los 310 Wh/kg.

Según las estadísticas, la planificación actual de la capacidad mundial de grandes baterías cilíndricas ha alcanzado los 494GWh, y a juzgar por los planes de muchos fabricantes de baterías de litio, se espera que 2023 sea el primer año de producción en masa de 4680 grandes baterías cilíndricas.

Sin embargo, hay que señalar que, desde la perspectiva de la industria, el espacio de mercado de las baterías cilíndricas grandes 4680 depende en realidad del efecto de uso de las baterías 4680. La batería de potencia es una de las piezas más caras de los vehículos eléctricos. Una reducción del coste de 50% puede significar una reducción de 20% en el coste del vehículo.

El efecto del uso de la batería 4680 también depende del rendimiento del vehículo. Todavía hay que esperar para saber si la batería 4680 puede sustituir a gran escala a las baterías cuadradas existentes.