Techniques de fabrication de la batterie Tesla 4680 et rapport de marché
Table des matières
Amélioration des performances de la batterie Tesla 4680
Conception des cellules
Seul le facteur de forme change, la batterie tesla 4680 coûte 14% de moins par kWh que la 2170. La puissance d'une seule cellule est multipliée par 5,48 lorsque le volume augmente, et le matériau de l'enveloppe est multiplié par moins de 3. Un nombre réduit de cellules permet de réduire le temps d'assemblage, d'améliorer l'efficacité du groupe et d'obtenir des avantages supplémentaires en termes de coûts.
Seule la dimension extérieure change, la densité énergétique peut être augmentée de 10% ; lorsque l'électrode négative en carbone silicium est remplacée, la densité énergétique peut être augmentée de 20% pour atteindre plus de 300wh/kg.
Usine cellulaire
Les coûts seront réduits de 18% grâce à la simplification des processus de fabrication, à l'amélioration de l'efficacité des lignes et à l'amélioration des processus. La conception de Tesla part du revêtement des électrodes, de l'enroulement, de l'assemblage, de la formation chimique et d'autres liens pour améliorer l'efficacité de la production. Dans l'ensemble, la grande batterie cylindrique permet une production continue et ininterrompue.
Le processus de fabrication est inférieur à celui de la valise souple et de la coque carrée en aluminium (environ 10 processus pour une grande bouteille). La durée de la chaîne de production est courte (environ 7 jours pour les grandes bouteilles, environ 10 jours et 12 jours pour les sacs carrés et souples, respectivement), ce qui améliore le taux de rotation et réduit le taux d'inventaire.
Processus de fabrication des cellules 4680
- Processus d'enduction
Les équipements de production d'électrodes sèches occupent 10 fois moins d'espace, consomment 10 fois moins d'énergie et coûtent 10%-20% moins cher. Le procédé humide consiste à mélanger la poudre et le solvant, à l'appliquer sur la feuille, à la placer dans une étuve pour la sécher et à récupérer le solvant. Le procédé par voie sèche permet d'économiser le lien avec le solvant, mais l'uniformité et l'adhérence sont plus difficiles à contrôler. Le procédé de revêtement en est encore au stade de la recherche et du développement.
- Enroulement
En raison des languettes, la production de la batterie doit être constamment démarrée et arrêtée. La batterie tesla 4680 est composée de cosses à tous les pôles, et le processus d'enroulement peut atteindre une production ininterrompue à grande vitesse, atteignant une vitesse de fabrication de 300 ppm, alors que le boîtier carré en aluminium n'est généralement que de 10 à 20 ppm.
- Assemblée
Améliorer l'efficacité grâce à l'assemblage en flux continu. Tesla a conçu une ligne de production d'une capacité de 20 GWh, multipliant par sept la production de chaque ligne. Ce processus permet de réduire les liaisons de transport inutiles.
- Formation
En améliorant l'efficacité de la formation, le coût d'investissement de la formation est réduit de 86% et l'espace au sol est réduit de 75%. La formation consiste à charger et décharger la batterie et à en tester la qualité, généralement en chargeant et déchargeant une batterie unicellulaire.
Tesla, en revanche, charge et décharge des milliers de batteries en même temps, ce qui améliore considérablement la rentabilité et la densité des dispositifs chimiques.
- Intégration des véhicules
La batterie longue portée du modèle 3 se compose de 4 modules connectés en série. Le grand module (jaune) contient 25 blocs de batterie en série, et le petit module (vert) contient 23 blocs de batterie en série.
Chaque bloc de batterie est composé de 462170 cellules connectées en parallèle, soit un total de 4416 cellules. La batterie tesla 4680 adopte la technologie CTC, sans assemblage de module, et la technologie de moulage sous pression intégrée, ce qui permet d'économiser 370 pièces, de réduire le poids de 10%, et de réduire le coût unitaire de la batterie de 7%.
La proportion de modules de la zone des cellules de la batterie tesla 4680 a augmenté. La capacité totale de la batterie est augmentée de 15,9%, la durée de vie de la batterie est augmentée de 16% et la densité énergétique du système est augmentée de 25%.
Amélioration de la gestion thermique du 4680
À l'heure actuelle, la batterie d'alimentation adopte une grande quantité de batteries de petite capacité à regrouper en série et en parallèle pour répondre aux exigences d'une énergie élevée. Les accidents survenus ces dernières années dans les batteries d'énergie sont tous dus à l'utilisation de batteries de faible capacité. système de gestion thermique de la batterie dans le bloc-batterie, ce qui génère une grande quantité de chaleur, qui provoque l'échauffement des éléments de batterie environnants, entraînant ainsi la propagation de l'emballement thermique.
Par conséquent, trois facteurs essentiels conduisent à l'emballement thermique de la batterie : l'énergie libérée par une seule cellule, la capacité d'isolation thermique des cellules environnantes et la capacité de dissipation thermique de l'unité.
L'énergie du monomère cylindrique est faible, l'énergie libérée par le monomère est faible et il n'est pas facile de provoquer une propagation de la chaleur par rapport à l'emballage carré et souple. Du point de vue du niveau de monomère, l'ordre de sécurité est le suivant : petit cylindre > grand cylindre > emballage souple > carré.
En termes de taille, le ratio de courant de la batterie tesla 4680 est un point critique parfait. Elle peut continuer à être plus grande en hauteur, mais plus grande en diamètre, la dissipation de la chaleur sera un problème.
La capacité d'isolation thermique de la batterie cylindrique est plus forte. Comparée à la connexion étroite entre la batterie carrée et les cellules de la batterie souple, la surface de l'arc cylindrique de la batterie tesla 4680 peut limiter le transfert de chaleur entre les batteries dans une certaine mesure.
Les batteries 4680 adoptent une combinaison de refroidissement par eau par le haut et de refroidissement par eau par le côté. Une plaque complète de refroidissement par eau est utilisée sur le dessus, et une mousse thermoconductrice est utilisée sur le côté pour la conduction de la chaleur, ce qui améliore encore l'efficacité du refroidissement par eau sur le côté du cylindre. La surface de refroidissement par kWh des batteries 4680 est 1,64 fois supérieure à celle d'une batterie carrée et 1,53 fois supérieure à celle d'une batterie souple.
Les oreilles sans électrodes améliorent encore la dissipation de la chaleur. La batterie tesla 4680 adopte le schéma "all-pole/non-pole-lug", c'est-à-dire que les languettes métalliques qui sont tirées et connectées à partir de chaque couche sont supprimées, et les deux extrémités de la batterie sont directement remplacées par des matériaux conducteurs, de sorte qu'elles peuvent directement transmettre le courant.
Alors que la batterie est devenue plus grande, le chemin du courant est plus court. Réduite de 250 mm à 50 mm, la zone de conduction du courant est plus grande et l'impédance est considérablement réduite, ce qui diminue l'augmentation de la température lors de la charge et de la décharge d'un courant élevé.
Le 4680 augmente considérablement la surface de dissipation de la chaleur de la cellule de la batterie, le transfert de chaleur est plus uniforme et le matériau ternaire, plus sensible à la sécurité, est plus attrayant.
Les changements technologiques de la batterie Tesla 4680
Après la réduction du coût de la bouteille ternaire 4680, le coût est similaire à celui de la batterie carrée fer-lithium, et la sécurité est également améliorée. La batterie tesla 4680 a une capacité unique d'environ 24 Ah, ce qui est inférieur aux 100-300 Ah d'une batterie carrée typique. L'influence de l'emballement thermique unique est faible et la direction de la décharge de pression est contrôlable.
La conception à pôles entiers superposés rend le ternaire 4680 cylindrique avec une faible production de chaleur et une gestion thermique difficile. Faible. Le rendement de groupe des cellules cylindriques 4680 (environ 70%) est inférieur à celui des cellules à enveloppe carrée (>80%). Les matériaux cathodiques à forte teneur en nickel et les matériaux anodiques à base de carbone et de silicium peuvent améliorer considérablement la densité énergétique des cellules et des systèmes.
La cellule 4680 est plus grande et utilise généralement un boîtier de batterie en acier de haute précision, peu coûteux et plus long. Le processus de production doit surmonter les difficultés majeures suivantes :
- La cohérence des dimensions doit être élevée. Le boîtier est une pièce structurelle de précision, sensible aux tolérances dimensionnelles, et le niveau de la batterie exige une précision de cent pour cent ;
- Les exigences en matière de diffusion thermique sont élevées. L'acier doit répondre aux exigences de la diffusion thermique. Par rapport à l'aluminium, l'acier a une dureté plus élevée et une ductilité plus faible, de sorte qu'il ne peut pas être fabriqué directement en utilisant les paramètres de processus des boîtes de conserve ;
- La hauteur de la batterie peut continuer à augmenter.
Du point de vue de la surintensité de la batterie et de la production de chaleur, la hauteur de la batterie peut encore être augmentée, et le processus d'emboîtage doit être compatible avec les longs boîtiers de batterie. Une production efficace est un élément clé de l'emboutissage horizontal dans le domaine des boîtiers de batterie tesla 4680.
La cellule 4680 présente des avantages inhérents au processus CTC. Tout d'abord, le procédé CTC impose certaines exigences en matière de résistance structurelle de la batterie. La batterie elle-même doit présenter une résistance mécanique considérable.
Par rapport au 18650 et au 21700, le 4680 a une plus grande résistance structurelle, et le boîtier extérieur est généralement en acier inoxydable. Voici un article sur les Batterie 4680 vs 18650 pour que vous puissiez vous faire une idée claire de leurs comparaisons.
Deuxièmement, par rapport aux batteries à coque carrée, la disposition des batteries cylindriques sera plus flexible et pourra s'adapter à différents châssis. Combiné aux avantages de la densité énergétique élevée et de la puissance de charge et de décharge élevée des languettes omnipolaires, le potentiel futur dans les domaines des véhicules électriques hybrides et des véhicules électriques hybrides est également important.
