4680 در حال آمدن است

انتشار 4680 سلول در روز باتری تسلا 2020. پاناسونیک، ال جی، سامسونگ، EVA، Ningde Time و سایر شرکت های باتری در تحقیق و توسعه سرمایه گذاری کرده اند. انتظار می رود 4680 به سلول باتری اصلی تسلا تبدیل شود و توسعه زنجیره صنعت مرتبط را پیش ببرد. 4680 از فناوری‌های جدید مانند استوانه‌ای بزرگ، بند تمام قطب، الکترود خشک و غیره استفاده می‌کند که به طور قابل توجهی انرژی (5 برابر بیشتر از باتری 2170) و قدرت (6 برابر بیشتر از باتری 2170) را بهبود می‌بخشد. علاوه بر این، هزینه باتری را کاهش می دهد (14٪ در مقایسه با باتری 2170)، عملکرد اتلاف گرما، راندمان تولید، سرعت شارژ، چگالی انرژی، عملکرد چرخه و غیره را بهینه می کند.

لبه کامل به طور قابل توجهی مقاومت داخلی را کاهش می دهد، قدرت، ایمنی، عملکرد شارژ سریع را بهبود می بخشد و فرآیند برش لیزری مورد نیاز را دو برابر می کند. باتری‌های معمولی فقط دو شاخه دارند، یکی برای ترمینال مثبت و دیگری برای پایانه منفی. باتری‌های 4680 دارای لنگه‌های کامل هستند (لوله‌هایی که مستقیماً از ترمینال مثبت/منفی بریده می‌شوند)، که مسیر جریان را تا حد زیادی افزایش می‌دهد و فاصله گیره‌ها را کوتاه می‌کند. این به طور قابل توجهی مقاومت داخلی را کاهش می دهد و نوع چند برابر را افزایش می دهد. از آنجایی که تعداد لوگ ها بسیار بیشتر از طرح های معمولی است، فرآیندهای برش لیزری بیشتری مورد نیاز است.

مزایای 4680:

سیلندر بزرگ 4680 سازگاری بهتری با نیکل بالا دارد و توسعه زنجیره صنعت نیکل بالا را تحریک می کند. مواد آهن لیتیوم دارای قیمت پایین تر و عملکرد ایمنی بالاتر است و به طور مداوم سهم بازار مواد سه تایی را فشرده می کند. سلول‌های استوانه‌ای بزرگ سازگاری بهتری با نیکل بالا دارند و تسلا از مواد کاتد NCM811 نیکل بالا استفاده می‌کند که به افزایش سهم بازار نیکل بالا کمک می‌کند.

4680 بزرگ کاتد استوانه ای و سیلیکون سازگاری بهتر: کاتد سیلیکون حداکثر ظرفیت نظری باتری تا 4200Wh/kg، بسیار بالاتر از گرافیت 372Wh/kg. تسلا نسل اول سلول های 4680 از کاتد سیلیکون استفاده نمی کند، زیرا اولین حمله تسلا به زمینه سلول های باتری، با استفاده از طراحی بسیار رادیکال.

1. بررسی تاریخچه توسعه باتری استوانه ای

سونی:اولین مخترع، در نهایت از صنعت کنار رفت. در سال 1992 باتری‌های لیتیوم یونی اختراع شد، یک بار با چگالی انرژی فوق‌العاده‌ای که باتری‌های هیدرید نیکل-فلز سنتی را خرد کردند. 1994 سونی بزرگترین تولید کننده لپ تاپ تامین کننده باتری Dell شد. در سال 2006 در جلسه آتش سوزی لپ تاپ دل، سونی 10 میلیون باتری را به یاد آورد. و سپس با ظهور تولیدکنندگان باتری در کره جنوبی و چین، سونی عمیقاً در منجلاب ضرر فرو رفته است. 2016 تجارت لیتیوم فروخته شد.

پاناسونیک:دستاورد متقابل با تسلا 1994 تحقیق و توسعه باتری‌های لیتیوم یونی، تویوتا پریوس 1997 با استفاده از باتری استوانه‌ای پاناسونیک 18650، خرید سانیو الکتریک در سال 2008 و عرضه Tesla Roasder. 2010 تبدیل باتری های برق و سهام در تسلا، کارخانه 2014 ایالات متحده، و دستاورد متقابل تسلا.

ال جی:تسلا لحظه بالایی دارد. 1999، تولید انبوه 18650 باتری، اما تنها در سال 2019 وارد زنجیره تامین تسلا شد.

SDI٪3aشرکت بزرگ با تجارت کوچک سال 1999، بزرگترین باتری 1.8 آمپر ساعتی در صنعت تولید انبوه، زمانی موقعیت غالب در بازار نوت بوک داشت، اما در باتری برق مردد بود.

2. بررسی تاریخچه توسعه باتری مربع

SDI٪3aباتری مربع پیشرو سابق 1999 توسعه یک باتری قدرت مربع، در سال 2009 یک منبع باتری برق BMW شد، در سال 2016 با توجه به سیاست لیست سفید چین، تبدیل به طرح اروپایی، کسب و کار باتری لیتیوم در این شرکت برای درآمد نسبتا کم است.

مجسمهگرها٪3aبزرگترین ذینفع از سیاست یارانه، ظهور تریلیون رهبر. 2011 همکاری با BMW، مستقل از تخصص در باتری های قدرت. در سال 2014 به دلیل سیاست یارانه‌ها، محموله‌ها به شدت افزایش یافت، در سال 2014 به تحقیق و توسعه مواد سه‌گانه با چگالی انرژی بالا روی آورد. سیاست لیست سفید 2016 و همچنین سیاست یارانه تمایل به مواد با چگالی انرژی بالا، حمل و نقل پیشرفت دارد.

BYD:این شرکت در سال 1995 تاسیس شد، چهارمین باتری بزرگ تلفن همراه که در سال 1997 در سراسر جهان ارسال شد، در سال 2003 وارد عرصه خودرو شد، در سال 2006 خودروی برقی خالص F3e را توسعه داد، در سال 2009 اتوبوس برقی خالص را به تولید انبوه رساند، خودروی سواری الکتریکی خالص e6 را به تولید انبوه رساند. در سال 2010، از سیاست یارانه بهره مند شد و رهبر چین شد. سیاست یارانه 2016 به مواد سه تایی گرایش دارد و BYD باتری عرضه نمی کند. در سال 2016، سیاست یارانه به نفع مواد سه تایی است و BYD باتری عرضه نمی کند، بنابراین حجم محموله ها در حال کاهش است و در سال 2020، باتری های تیغه ای و مدل های DMI عرضه می شوند و سهم بازار همچنان افزایش می یابد.

3. بررسی تاریخچه توسعه باتری بسته نرم

AESC٪3aپادشاه اولیه در سال 2007 با تمرکز بر مسیر فناوری لیتیوم منگنات تاسیس شد. 2010 مجهز به بازار کلاسیک نیسان لیف AESC، و یک داستان کیفی 9-ساله از تصادفات ایمنی باتری صفر را ایجاد کرد. 2017 به دلیل مزیت منگنات لیتیوم دیگر وجود ندارد، AESC دیگر تامین کننده انحصاری Leaf نیست که توسط Vision در سال 2019 خریداری شد.

ال جی:استاد مجموعه باتری پک نرم. ال جی در سال 2009 پس از سال ها بارندگی در باتری های تلفن همراه وارد بازار باتری های برق شد. اولین مدل هیوندای هیبریدی، 2010 با پشتیبانی از شورولت ولت، 2017 فروش شورلت ولت و بولت از 50 دستگاه فراتر رفت، 000 واحد، 2018 و همکاری فولکس واگن برای توسعه MEB، باتری بسته نرم LG به اوج خود رسید. فراخوان 2021 هیوندای و جنرال موتورز به دلیل مشکلات ایمنی باتری، روز باتری فولکس‌واگن انتخاب سلول‌های استاندارد مربعی را اعلام کرد، باتری بسته نرم با شکست مواجه شد.

قضاوت در مورد مسیر فنی باید از منظر سیستم/کل وسیله نقلیه ارزیابی شود و مزایا و معایب تک تک سلول ها را نمی توان به سیستم تعمیم داد.چگالی انرژی بالای سلول با چگالی انرژی بالای سیستم یکسان نیست.چگالی انرژی سلول‌های بسته نرم بالا است، اما وزن قطعات ساختاری باتری‌های پک نرم در سطح سیستم بسیار بیشتر از باتری‌های پوسته سخت است، که باعث می‌شود تفاوت در چگالی انرژی در سطح سیستم قابل توجه نباشد.ایمنی خوب سلول مساوی با ایمنی خوب سیستم باتری نیست.مسیر اتلاف گرما، وضعیت بست و اتصال ولتاژ بالا سلول‌های بسته باتری بر اثر حفاظتی فرار حرارتی تأثیر می‌گذارد. باتری های بسته نرم عملکرد ایمنی بهتری نسبت به باتری های پوسته سخت در سطح سلولی دارند، اما حفاظت از سطح سیستم نیز بسیار دشوار و پرهزینه است و به طور کلی مزیت قابل توجهی وجود ندارد.

فرآیند تولید باتری استوانه ای ساده ترین و کارآمدترین در بین سه روش بسته بندی است. فرآیندهای اصلی تولید عبارتند از: دوز، پوشش، لمینیت، قالب گیری، سیم پیچی، جوشکاری و سایر فرآیندها.

مشکلات در فرآیند تولید 4680 سلول تمام گوش عبارتند از:

• دای برش: هنگامی که سلول تمام گوش با قطب ها پوشانده می شود، یک ناحیه فویل خالی در لبه سیال کلکتور ذخیره می شود. پس از فشار دادن و بریدن رول، قسمت خالی فویل در لبه کلکتور به چند لنگه بریده شده و سپس زخم می شود. تیرهای برش لیزری مشکلات زیر را دارند: (1) قطعه قطب هنگام برش به لرزه می افتد. (ii) مشکل این است که قراضه نمی تواند به طور موثر پس از برش تخلیه شود. و (iii) طول و تعداد برش های قالب بسیار بیشتر از تیغه های قطب معمولی است.

• ورز دادن: در فرآیند ساخت باتری استوانه ای 4680، کل قسمت هسته باتری باید خمیر شود و پس از صاف شدن بخش هسته باتری، با صفحه قطب جوش داده شود. مشکلات زیادی در فرآیند ورز دادن وجود دارد: ① زمانی که سرعت ورز دادن خیلی سریع است، قطعه قطب ظاهر می شود ② زمانی که سرعت ورز دادن خیلی کم است، راندمان تولید پایین است ③ زمانی که سطح ورز دادن تراشه های فلزی بیشتری تولید می کند. در نتیجه اتصال کوتاه داخلی ④ ریزش مواد زنده و مشکلات دیگر ⑤ اصطکاک گرد و غبار زیادی تولید می کند ⑥ چین های بند را ایجاد می کند.

• جوشکاری: جوش باطری 4680 به دلیل افزایش تعداد لگ ها باعث افزایش حجم جوش می شود. فرآیند میانه راه جوشکاری هسته به طور کلی شامل جوشکاری لج (شامل پیش جوش)، جوش نقطه ای تسمه قطب، پیش جوشکاری هسته در پوسته، جوشکاری آب بندی پوشش بالای پوسته، جوشکاری آب بندی درگاه تزریق مایع، و غیره دور جوشکاری و زمان افزایش می‌یابد، سیال کلکتور و لول قطب کامل فضای سفید محدودی دارند، اثر تجمع حرارتی وجود دارد که بر قوام تأثیر می‌گذارد و فرآیند جوشکاری مستعد ایجاد حرارت است.

• برش قالب: از طریق دستگاه برش، رول های قطب آسیاب شده به عرض مورد نیاز برای تولید سلول با توجه به تقاضای واقعی شکاف می شوند. سلول‌های 4680 با برش مستقیم برش‌ها روی فویل خالی شکل می‌گیرند که الزامات بالاتری را برای دقت، سرعت و کیفیت برش لیزری برای تجهیزات تولید با سرعت بالا ایجاد می‌کند.

  
  

راه حل قطعه باتری همه گوش 4680:

• برش قالب: برش پره های مثبت و منفی کامل به چند تکه لنگه متوازی الاضلاع، که نه تنها می تواند از بیرون آمدن تیغه در طول فرآیند ورز دادن جلوگیری کند، بلکه نمی تواند دیواره داخلی پوسته باتری را هنگام مونتاژ با پوسته باتری خراش دهد. و می تواند تولید تراشه های فلزی را برای جلوگیری از اتصال کوتاه کاهش دهد. در عین حال، این ساختار متوازی الاضلاع می تواند به طور موثر فشار غلتک را هنگام ورز دادن کاهش دهد، بنابراین از ریختن مواد فعال جلوگیری می کند و نرخ بازده را تا حد زیادی بهبود می بخشد.

• ورز دادن: روند ورز دادن از سازنده ای به سازنده دیگر بسیار متفاوت است، و ثبت اختراع CN11356039A نشان می دهد که آستین ورز دادن به آستین بیرونی تیغه تمام قطب اعمال می شود. سر صاف کننده در حین چرخش به آستین صاف کننده نزدیک می شود و پس از تماس با آستین صاف کننده مستقیماً روی آستین صاف می چرخد ​​و تغییر شکل الاستیک آستین صاف کننده را به حرکت در می آورد تا نیروی چرخش را به لول کامل منتقل کند تا صاف شدن کامل شود. از آنجایی که سر صاف کننده دیگر مستقیماً با خرطوم کامل تماس نمی گیرد، می تواند به طور موثری از له شدن جزئی لوگ کامل جلوگیری کند، در نتیجه تاثیر بر کیفیت محصول را از بین می برد و نرخ بازده را بهتر می کند. ثبت اختراع نشان می دهد که: ورز دادن اولتراسونیک سطح انتهایی هسته را با امواج اولتراسونیک از قبل درمان می کند و سپس ورز دادن مکانیکی را انجام می دهد. خمیر اولتراسونیک شامل یک سر ورز دهنده اولتراسونیک در هر دو انتهای هسته است و سر ورز دهنده اولتراسونیک دارای یک شیار است و دو سر هسته در شیار سر ورز دهنده اولتراسونیک مربوطه وارد می شود. هسته به واحد ورز دادن اولتراسونیک منتقل می شود و سر ورز دهنده اولتراسونیک دو سر هسته را به لرزش در می آورد و ورز می دهد تا به یک اثر مسطح و بهبود فشردگی انتهای هسته در آماده سازی برای ورز دادن مکانیکی بعدی برسد. سر خمیر مکانیکی یک سر خمیر سرامیکی است. سر ورز دهنده مکانیکی می چرخد ​​و هسته را فشار می دهد تا آن را صاف کند. ثبت اختراع CN213878154U انتخاب می کند که پس از پوشش، مواد عایق را در لبه خالی اعمال کند و مواد عایق در همان سطح ماده فعال است، به طوری که کلکتور پس از سیم پیچی، بدون نیاز به ورز دادن، یک صفحه کامل را تشکیل می دهد.

• جوشکاری: در حال حاضر معمولاً جوشکاری با تیغه با لیزر انجام می شود. تنظیم دقیق سرعت جوش، عمق جوش، عرض جوش و سایر مزایا برای انطباق با جوشکاری مواد و محصولات مختلف، برای دستیابی به جوشکاری دقیق، کیفیت قابل اطمینان تر و ظاهر مرتب.

انتظار می رود مشکلات فوق کاهش یابد، ما معتقدیم که 4680 افزایش سهم ستون را تسریع خواهد کرد:

1) افزایش عرضه با کیفیت: آزادسازی لیست سفید، تریلیون ورودی پیشرو. 21 ژوئن 2019 "شرایط مشخصات صنعت باتری برق خودرو" رسما لغو شد، به این معنی که بازار باتری های برق چین به طور رسمی برای شرکت های باتری خارجی باز است، LG، Panasonic و غیره می توانند باتری های استوانه ای با کیفیت را برای بازار چین ارائه دهند. Ningde Time و YIWI Li-energy در حال حاضر در تحقیق و توسعه 4680 باتری استوانه ای سرمایه گذاری کرده اند و شرکت هایی که به طور عمومی تعهد خود را به تحقیق و توسعه باتری 4680 اعلام کرده اند عبارتند از: Tesla، LG، Samsung، SDI، CATL، YIWI Li-energy. و غیره

2) تعداد باتری کمتر، سختی یکپارچه سازی کمتر: تسلا اکنون از باتری های 4416 21700 استفاده می کند و در آینده از باتری های 960 4680 استفاده خواهد کرد، بنابراین آستانه یکپارچه سازی سیستم به طور قابل توجهی کاهش می یابد.

3) افزایش ظرفیت و کاهش فاصله هزینه: ظرفیت 4680 باتری استوانه ای 5 برابر بیشتر از باتری 21700 است، همراه با راندمان تولید بالا و راندمان بالای باتری های استوانه ای، محتوای نیکل بالاتر مواد کاتد و کاتدهای سیلیکون بیشتر، هزینه را به همراه دارد. فاصله بین 4680 باتری و باتری مربع کاهش می یابد.

4) BMW اولین شرکتی است که به باتری های استوانه ای روی می آورد: سلول های استوانه ای در سیستم باتری BMW Gen6 استفاده خواهد شد. به عنوان حامی CATL، BMW با استواری مسیر فناوری باتری مربعی را انتخاب کرده بود، و اکنون پیشرو است تا به مسیر فناوری باتری استوانه‌ای روی بیاورد، که مطمئناً تأثیر عمیقی بر سایر شرکت‌های خودرو خواهد داشت.