Im Sitzungsthema von SESSION1 "Anwendungs- und Marktentwicklungstrend der fortschrittlichen Hochleistungsbatterietechnologie in HEV, Mikrohybrid (48V), UAVs und Elektrowerkzeugen", Dr. Mao Huanyu, Vorsitzender von Suzhou Yulang Battery Co., Ltd., hielt eine Grundsatzrede zum Thema "Vor- und Nachteile der Clyindar 4680 Batterie".
Wie aus Tesla von 18650 auf 21700 auf 4680 ersichtlich ist, handelt es sich tatsächlich nicht nur um eine Größenänderung, sondern auch um eine deutliche Verbesserung der inneren Struktur.Im Gegensatz zu den 18650 und 21700, die ein oder zwei Pole haben, wird das 4680-Polohr zu einer unendlichen Anzahl von Polen. Diese Änderung erhöht den Strompfad stark und erhöht die Batterie von einer hohen Energiedichte auf eine hohe Rate. Diese Änderung ermöglicht das Laden und Entladen mit hohem Strom, reduziert die Wärme, erhöht die Größe der zylindrischen Batterie und reduziert die Kosten.Ein 4680 entspricht etwa fünf 21700 und acht 18650.
Schauen wir uns das typische Batteriedesign genauer an. Links die Energiedichte-Koordinate, rechts die Leistungsdichte-Koordinate und in der Mitte eine Vielzahl unterschiedlicher Designs, wie die Panasonic 2170 und das Lithium-Titanat von Yinlong.Wenn die Energiedichte zunimmt, nimmt die Leistungsdichte ab, oder wenn die Leistungsdichte der Lithium-Titanat-Batterie sehr hoch ist, die Energiedichte jedoch relativ niedrig ist und einen solchen Scherenunterschied bildet, kann jetzt das allpolige Ohr 4680 herausgenommen werden die hohe Energiedichte und hohe Leistungsdichte berücksichtigen, um die Grenzen der Original-Zylinderbatterie zu durchbrechen.
Schauen wir uns den Vergleich der beiden Batteriestrukturen an. Das obige ist die Batterie, die in Panasonic 21700Tesla Model3 verwendet wird. In der Mitte (nicht in der Mitte) befindet sich ein Polohr.Wenn wir uns die 4680-Vollohrzelle ansehen, summiert sich der Elektronenleitungsweg zur Breite der Polplatte, etwa 70 Millimeter, und er ist sehr gleichmäßig.Bei Panasonic-Akkus ist die Stromdichte dort, wo sich das Polohr befindet, sehr hoch. Wenn Sie weit von diesem Ort entfernt sind, ist die Stromdichte sehr gering, sodass die Stromdichte sehr ungleichmäßig ist.Übrigens hat die 4680-Zelle, die wir hergestellt haben, eine Länge von 4,5 Metern, und es ist sehr schwierig, mit einem oder mehreren Ohren auf einer sehr langen Zelle eine hohe Leistung zu erzielen, also ist das ein grundlegender Unterschied.
Hier gibt es zwei Funktionen. Einer ist, dass es den Elektronenleitungsweg stark verkürzt.Eine besteht darin, eine gleichmäßige Stromdichte zu haben.Dies bringt eine Reihe von Vorteilen:
So ist beispielsweise eine Schnellladung realisierbar und eine 80-prozentige Ladung in 15 Minuten möglich.Weniger Batterien können auch mehr Antriebsleistung abgeben.Die Hochstrom-Lade- und Entladewärme ist geringer, die Lebensdauer wird erhöht.Hier zum Beispiel macht Yuliu jetzt drei Yuan 4680-Akkus, die Ladekurve ist im Wesentlichen gleich, die Schnellladeleistung 0 bis 80% benötigt nur 12 Minuten und 13 Sekunden, die Entladerate des Pulsmodus kann 8 ° C erreichen, die Energie Dichte erreicht 230Wh/kg.Die Schnellladeleistung des YuluoFeFe4680 beträgt 0 bis 80 %. Es dauert nur 12 Minuten und 30 Sekunden, bis die Impulsentladung 11 °C und die Energiedichte 180 Wh / kg erreicht.
In Bezug auf die Kostensenkung können einige Autofabriken ein kleines Pferdeauto erreichen, nicht so viel Batterie, wie die ursprünglichen 50 Grad Strom, jetzt mit 30 Grad Leistung mit dem Original gleich oder sogar größer, wenn in einigen Fällen, ohne Berücksichtigung der Fahrleistung kann weniger Batterie sein.Darüber hinaus wird auch die Effizienz der Zellproduktion verbessert, was der Reduzierung der Produktionskosten förderlich ist.Die Vorteile von PACK sind noch größer. Der Aufbau ist sehr einfach, was wichtig ist, um die Kosten zu senken.Darüber hinaus kann auch die Energiedichte verbessert werden, um grundsätzlich die hohe Energiedichte der Zylinderbatterie zu erhalten. Gleichzeitig ist der Zylinder besser geeignet, Siliziumanodenmaterial zu verwenden, um die Energiedichte zu verbessern.
Wie könnte sich so etwas bilden?Wir schauen uns nur seine Struktur an.Zum Beispiel kann die Batterie beim Prozess der elektronischen Leitung in zwei Impedanzen unterteilt werden, eine ist die elektronische Leitungsimpedanz, die andere ist die Ionenleitungsimpedanz.Die elektrische Impedanz ist der Widerstand (in der Größenordnung von einigen hundert Millimetern), der entlang der Folie fließt, und die Folie hat eine sehr kleine Strömungsfläche, nur die Dicke mal die Breite.Die Ionenleitfähigkeit ist der Widerstand, der durch den Ionenfluss durch den Spalt und die Membran zwischen Partikeln des Anoden- und Kathodenmaterials verursacht wird. Der Leitungsabstand liegt in der Größenordnung von Mikrometern und die Leitungsfläche ist sehr groß.In einer Zelle, wenn die Struktur nicht geeignet ist, mehr als 90% des Innenwiderstands vom Folienwiderstand stammen, eliminiert die allpolige Ohrstruktur diesen Widerstand im Wesentlichen.
Oxford University of Britain mehrere Gelehrte speziell auf 4680 Batteriesimulation und den traditionellen Vergleich des zylindrischen Batterieohrdesigns ABCD ist unterschiedliche Wärmeableitungsbedingungen, siehe die gleichen Wärmeableitungsbedingungen, links und rechts, wie groß ist der Temperaturunterschied dazwischen?Wenn wir die Skala normalisieren, sehen wir, dass die Kurve hier nur wenig verläuft und die Heiztemperatur viel niedriger ist.Schauen wir uns seinen Brennwert an, der auch hier beschrieben wird. Dies ist das Polohrdesign der traditionellen Zylinderzelle, und die Folie hat so viel Heizwert, aber im Grunde kann man sie nicht im Zylinder 4680 finden.Die umfassende Berechnung des Heizwertes der herkömmlichen Zylinderbatterie beträgt mehr als das 5-fache des vollen Polohrs, sodass der Heizwert nur 20% des Originals beträgt.
Sehen Sie es sich nicht nur an, dass die Kalorierung gering ist und die Verteilung auch sehr gleichmäßig ist, SOC von 90% Entladung, das traditionelle Design der Batteriemittentemperatur erreicht 80 Grad Celsius, aber 4680 ist sehr gleichmäßig, es gibt keinen besonderen heißen Ort, die Gleichgewicht liegt unter 45 Grad Celsius, was unter den gleichen Entladebedingungen ist.Eine gleichmäßige Erwärmung ist ein wichtiger Aspekt zur Verlängerung der Batterielebensdauer.Aufgrund des niedrigen Heizwertes und der Gleichmäßigkeit können die Kosten des PACK-Wärmemanagements stark reduziert werden.Dies ist der Akku im Model 3, mit mehr als 4.000 Akkus, die durch Serpentinenröhren laufen, und Sie können daran erkennen, dass er nicht billig ist.Jetzt hat 4680 kein Fieber, Sie können all diese entfernen, nach was entfernt?Dies ist das von Tesla beworbene vollständig nicht-modulare PACK. Es ist so eng angeordnet, dass unten oder oben eine flache Platte zur Wärmeableitung hinzugefügt wird, was die Kosten für das Wärmemanagement stark reduziert.
Lassen Sie mich den 4680 mit einem Blade-Akku vergleichen.Das größte Merkmal der Blade-Batterie ist die Platzersparnis und die Steigerung der Auslastung um 50 %. Dann, wenn wir so eng angeordnet sind, verwenden wir zum Vergleich einen 53,57-kWh-Akku, der 135 A und ein 396,8 V-Akkupack entspricht. Die Messung von Länge, Breite und Dicke zeigt, dass der Zellraum diesem Wert entspricht und das Gesamtvolumen der Zelle 0,143 Kubikmeter beträgt.In ähnlicher Weise verwenden wir Abstandszellen, jede 18 A-Berechnung erfordert 930PCOS, die ein quadratisches Array von 39 × 24 Zellen bilden, das Zellraumvolumen beträgt 0,141 Kubikmeter, die beiden sind vergleichbar.Darüber hinaus hat der 4680 seine Vorteile. Der Pol des Klingenakkus hat einen 915 mm elektronischen Leitungsweg. Der 4680-Leitungsweg beträgt nur einige Dutzend mm, daher hat der 4680-Multiplikator mehr Vorteile.
Vergleichen wir die 4680 mit der quadratischen Zelle.Derzeit beträgt die Größe der im Tesla Model 3 verwendeten Lithium-Eisen-Batterie 62 mm (dick) x 275 mm (breit) x 80 (hoch). Die Kapazität und Spannung der Batterie haben wir auf dem Typenschild des Autos gefunden. Das Gesamtvolumen der Batterie beträgt 0,147 m3, wenn die Batteriezellen nacheinander aufgereiht werden.In ähnlicher Weise verwenden wir 4680 von 18 Ah, um ein 40 × 24 quadratisches Array zu bilden. Das Gesamtvolumen der Zelle beträgt 0,144 Kubikmeter. Daher hat 4680 im Vergleich zum Quadrat die gleiche Volumenenergiedichte.
Laut Teslas Bericht gleicht die Struktur einen Teil des Gewichts aus.Gleichzeitig hat es einen wichtigen Faktor, um die Kosten zu senken, es gibt hier zwei Kurven, die einen Spitzenplatz einnehmen, daher ist die Kostenreduzierung mit 46 mm Durchmesser die größte, die Reichweite ist auch die größte.Immerhin wurden die Kosten für die PACK-Produktion von 2170 auf 4680 Zellen, von 4416 Zellen auf 960 Zellen gesenkt und die Schweiß- und Montagekosten wurden deutlich gesenkt.Das originale Aluminiumdrahtschweißen mit der negativen Elektrode des 2170 Akkus ist eine große Schwierigkeit, genau auf diese Stelle achten Lötstelle ist sehr hässlich, warum so?Vor allem, weil die von der negativen Elektrode bereitgestellte Schweißebene zu klein oder gekrümmt ist, nur etwa 1 Millimeter breit, so ist es immer ein schlechtes Schweißen und die Ausbeute an Fertigprodukten an dieser Stelle ist sehr gering.Aber auf 4680 geändert ist nicht das gleiche, die positive Schweißebene in der Mitte, die negative Schweißebene hat ein Dutzend Millimeter breit, sehr glatt einen großen Kreis.
In Bezug auf die Energieverbesserung, da der Zylinder leichter ausfallsicher zu erreichen ist, kann die positive Elektrode aus einem Material mit hohem Nickelgehalt bestehen, die Zylinderbatterie kann die Ausdehnung der negativen Elektrode bis zu einem gewissen Grad hemmen und die negative Elektrode kann aus Silizium-Kohlenstoff-Material.In einem Tesla Model 3 haben 4.416 2.170 Batterien eine Fläche von 7,46 Quadratmetern, während 960 4.680 Batterien eine Fläche von 4,55 Quadratmetern haben, was das Gewicht der Stahlhülle um etwa 40 % reduziert.
Besagte so viele Vorteile, dann sprechen Sie einen schwierigen Punkt, ist die Sammlung von Ohr, sehen Sie drei: Ohr kneten, Ohr schneiden, Multi-Ohr.
Das Kneten von Ohren ist in China beliebter, aber auf diese Weise beträgt die Breite der positiven Elektrodenbeschichtung aufgrund des von der Folie eingenommenen Platzes nur etwa 64 mm und die Höhe der Raumausnutzung beträgt nur 80%.Wie Panasonics Zylinder ist 70 mm, aber die Breite der positiven Beschichtung beträgt 63,5 mm, und die Höhe der Raumnutzungsrate erreicht 90 Prozent.Außerdem wird die Form des Polohrs nicht kontrolliert und kann leicht kurzgeschlossen werden.Diese Vorgehensweise halten wir für problematisch.Darüber hinaus sind beide Enden der Herstellung geschlossen, Elektrolytinfiltration behindert.
Tesla-Methode ist, sehr Ohrmethode zu schneiden, das Polstück ist seitlich, in Stücke schneiden, dann eine Rolle eines Ohres legen, um eine Spirale zu bilden, die Extrusion wäre viel besser als keine Regeln, denn der Raum ist klein, aber Gleichzeitig gibt es noch einige Probleme, wie die Laserintensität und die Brennweite ist nicht leicht zu kontrollieren, leicht zu Batterien durchzuschmelzen oder kein Schweißen im Inneren.Auch aufgrund der geschlossenen Situation an beiden Enden, Obstruktion der Elektrolytinfiltration.Tesla sagte in dem Video, dass eine kontinuierliche Produktion möglich ist, aber zumindest ist der Injektionsprozess keine kontinuierliche Produktion.
Was ist mit mehrpoligen Ohren?Wenn wir uns das Diagramm genau ansehen, sind die Pole ordentlich gestapelt. Tatsächlich stellen wir fest, dass dies nicht einfach ist.Wie Sie dieser Formel entnehmen können, ist dies die Polarformel.Dieses S ist die Position des Polohrs auf der Polplatte, θ ist der Winkel und die Konstante a ist proportional zur Dicke.Wenn dann die Anzahl der Windungen etwa 50 erreicht und der θ-Wert in dieser Formel mehr als 300 erreicht, ist das Verhältnis von S zur Dickenänderung sehr groß. Wenn sich die Dicke der Elektrode um 1 Mikrometer ändert, ändert sich die Position des Polohrs um das 10.000-fache.Beispielsweise werden die Platten ohne Dickenfehler ausgerichtet.Wenn sowohl positiv als auch negativ ein Mikrometer haben und dann 10.000-fach vergrößert werden, erreicht der Fehler der Polohrposition Dutzende von Millimetern.
Die Schlussfolgerung ist also, dass die All-Pole-Ohr-4680-Batterie ein wichtiger Durchbruch in der Leistung von zylindrischen Batterien, der Wärmereduzierung und der Schnellladeleistung ist, die stark verbessert wird.Die Kosten von der Zelle bis zum PACK werden relativ stark reduziert.Natürlich liegt die Schwierigkeit in der extremen Ohrsammlung, aber mit dem Fortschritt der Technologie werden die Schwierigkeiten nach und nach überwunden, um die Vorteile auszuspielen.