No tema da sessão SESSION1 "Tendência de aplicação e desenvolvimento de mercado da tecnologia avançada de bateria de alta potência em HEV, Micro Hybrid (48V), UAVs e ferramentas elétricas", Dr. Mao Huanyu, Presidente da Suzhou Yulang Battery Co., Ltd., fez um discurso de abertura sobre "Vantagens e desvantagens da bateria Clyindar 4680".
Como pode ser visto do Tesla de 18650 a 21700 a 4680, na verdade, não é apenas uma mudança de tamanho, mas também uma melhoria significativa da estrutura interna.Ao contrário do 18650 e do 21700, que têm um ou dois pólos, a orelha do pólo 4680 torna-se um número infinito de pólos. Essa mudança aumenta muito o caminho da corrente e aumenta a bateria de uma densidade de energia alta para uma taxa alta. Essa mudança permite alta carga e descarga de corrente, reduz o calor, aumenta o tamanho da bateria cilíndrica e reduz o custo.Um 4680 é equivalente a cerca de cinco 21700 e oito 18650s.
Vamos dar uma olhada mais de perto no design típico da bateria. À esquerda está a coordenada de densidade de energia, à direita está a coordenada de densidade de energia e no meio está uma variedade de designs diferentes, como a Panasonic 2170 e o titanato de lítio de Yinlong.Quando a densidade de energia aumenta, a densidade de potência diminuirá, ou se a densidade de potência da bateria de titanato de lítio for muito alta, mas a densidade de energia for relativamente baixa, formando uma diferença de tesoura, agora a orelha multifilar 4680 pode levar para dentro conta a alta densidade de energia e alta densidade de potência, de modo a romper as limitações da bateria original do cilindro.
Vejamos a comparação das duas estruturas de bateria. O acima é a bateria usada no Panasonic 21700Tesla Model3. Há uma orelha no meio (não no meio).Se olharmos para a célula auricular inteira 4680, o caminho de condução de elétrons soma-se à largura da placa do pólo, cerca de 70 milímetros, e é muito uniforme.Para baterias Panasonic, a densidade de corrente é muito alta onde a orelha do pólo está localizada. Se você estiver longe deste lugar, a densidade da corrente é muito baixa, então a densidade da corrente é muito desigual.A propósito, a célula 4680 que fizemos tem um comprimento de 4,5 metros e é muito difícil obter alta potência com uma ou várias orelhas em uma célula muito longa, então essa é uma diferença fundamental.
Existem dois recursos aqui. Uma é que ele encurta muito o caminho de condução de elétrons.Um é ter uma densidade de corrente uniforme.Isso traz uma série de vantagens:
Por exemplo, o carregamento rápido pode ser realizado e 80% do carregamento torna-se possível em 15 minutos.Menos baterias também podem gerar mais potência motriz.A carga de alta corrente e o calor de descarga são menores, a vida útil é aumentada.Aqui, por exemplo, Yuliu está fazendo três yuans bateria 4680, a curva de carga é basicamente a mesma, o desempenho de carregamento rápido de 0 a 80% só precisa de 12 minutos e 13 segundos, a taxa de modo de pulso de descarga pode chegar a 8C, a energia a densidade atinge 230Wh / kg.O desempenho de carregamento rápido do YuluoFeFe4680 é de 0 a 80%. Leva apenas 12 minutos e 30 segundos para a descarga do pulso atingir 11C e a densidade de energia atingir 180 Wh / kg.
Em termos de redução de custos, algumas fábricas de automóveis podem conseguir um carro pequeno cavalo, nem tanto bateria, como os 50 graus originais de eletricidade, agora com 30 graus de potência com o original é o mesmo, ou até maior, se em alguns casos, sem considerar a quilometragem de condução pode ser menos bateria.Além disso, a eficiência da produção de células também é melhorada, o que favorece a redução dos custos de produção.As vantagens do PACK são ainda maiores. A estrutura é muito simples, o que é importante para reduzir o custo.Além disso, a densidade de energia também pode ser melhorada para manter basicamente a alta densidade de energia da bateria do cilindro. Ao mesmo tempo, o cilindro é mais adequado para usar material de ânodo de silício para melhorar a densidade de energia.
Como pode algo assim se formar?Apenas olhamos para sua estrutura.Por exemplo, no processo de condução eletrônica, a bateria pode ser dividida em duas impedâncias, uma é a impedância de condução eletrônica e a outra é a impedância de condução iônica.A impedância elétrica é a resistência (da ordem de algumas centenas de milímetros) que flui ao longo da folha, e a folha tem uma área de fluxo muito pequena, apenas a espessura vezes a largura.A condutividade iônica é a resistência causada pelo fluxo de íons através da lacuna e da membrana entre as partículas do ânodo e do cátodo. A distância de condução é da ordem de mícrons e a área de condução é muito grande.Em uma célula, se a estrutura não for adequada, mais de 90% da resistência interna é proveniente da resistência da folha, a estrutura da orelha multipolar basicamente elimina essa resistência.
Oxford University of Britain vários estudiosos especificamente na simulação de bateria 4680 e a comparação de design de orelha de bateria cilíndrica tradicional, ABCD são diferentes condições de dissipação de calor, veja as mesmas condições de dissipação de calor, esquerda e direita, quanto é a diferença de temperatura entre ele?Se normalizarmos a escala, podemos ver que a curva é apenas um pouco aqui e a temperatura de aquecimento é muito mais baixa.Vejamos seu valor calorífico, que também é descrito aqui. Este é o design de orelha de pólo tradicional da célula cilíndrica, e a folha tem esse valor calorífico, mas basicamente você não consegue encontrá-la dentro do cilindro 4680.O cálculo abrangente do valor calorífico da bateria cilíndrica tradicional é mais de 5 vezes maior do que o da orelha totalmente polarizada, portanto, o valor calorífico é de apenas 20% do original.
Olhe para ele, não só a calorificação é pequena, e a distribuição também é muito uniforme, SOC de 90% de descarga, o design tradicional da temperatura do centro da bateria chega a 80 graus Celsius, mas 4680 é muito uniforme, não há nenhum lugar quente especial, o o equilíbrio está abaixo de 45 graus Celsius, que está nas mesmas condições de descarga.O aquecimento uniforme é um aspecto importante para prolongar a vida útil da bateria.Devido ao baixo valor calorífico e à uniformidade, o custo do gerenciamento térmico do PACK pode ser bastante reduzido.Esta é a bateria dentro do Modelo 3, com mais de 4.000 baterias passando por tubos serpentinos, e você pode dizer olhando para ela que não é barata.Agora 4680 não tem febre, você pode tirar tudo isso, tirar depois de quê?Este é o PACK completamente não modular anunciado pela Tesla. É tão bem organizado que uma placa plana é adicionada abaixo ou acima para dissipação de calor, o que reduz muito o custo do gerenciamento térmico.
Deixe-me comparar o 4680 a uma bateria tipo lâmina.A maior característica da bateria blade é economizar espaço e aumentar a taxa de utilização em 50%. Então, quando estamos tão bem organizados, usamos a bateria de 53,57 kWh para comparação, que é de 135 A e de 396,8 V. A medida de comprimento, largura e espessura mostra que o espaço da célula é este valor, e o volume total da célula é 0,143 metros cúbicos.Da mesma forma, usamos células espaçadoras, cada cálculo de 18 A requer 930PCOS, formando uma matriz quadrada de 39 × 24 células, o volume do espaço celular é de 0,141 metros cúbicos, os dois são comparáveis.Além disso, o 4680 tem suas vantagens. O pólo da bateria da lâmina possui uma via de condução eletrônica de 915 mm. O caminho de condução do 4680 tem apenas dezenas de mm, então o multiplicador 4680 terá mais vantagens.
Vamos comparar o 4680 com a célula quadrada.Atualmente, o tamanho da bateria de ferro-lítio usada no Tesla Modelo 3 é de 62 mm (espessura) x 275 mm (largura) x 80 (altura). Encontramos a capacidade e a tensão da bateria na placa de identificação do carro. O volume total da bateria é de 0,147m3 quando as células da bateria são alinhadas uma a uma.Da mesma forma, usamos 4680 de 18Ah para formar uma matriz quadrada de 40 × 24. O volume total da célula é de 0,144 metros cúbicos. Portanto, em comparação com o quadrado, 4680 tem a mesma densidade de energia de volume.
De acordo com o relatório de Tesla, a estrutura compensa parte do peso.Ao mesmo tempo tem um fator importante para reduzir o custo, tem duas curvas aqui, toma um lugar de pico, então a redução de custo do diâmetro de 46mm é a maior, a faixa também é a maior.Pelo menos o custo de produção de PACK foi reduzido de 2170 para 4680 células, de 4416 células para 960 células, e os custos de soldagem e de montagem foram reduzidos significativamente.A soldagem do fio de alumínio original com o eletrodo negativo da bateria 2170 é uma grande dificuldade, veja com atenção esse lugar onde a junta da solda é muito feia, por quê?Principalmente porque o plano de soldagem fornecido pelo eletrodo negativo é muito pequeno, ou curvo, apenas cerca de 1 milímetro de largura, então é sempre uma soldagem ruim, e o rendimento dos produtos acabados neste local é muito baixo.Mas mudou para 4680 não é o mesmo, o plano de soldagem positivo no meio, o plano de soldagem negativo tem uma dúzia de milímetros de largura, muito bom um grande círculo.
Em termos de melhoria de energia, porque o cilindro é mais fácil de alcançar à prova de falhas, o eletrodo positivo pode ser feito de material com alto teor de níquel, a bateria do cilindro pode inibir a expansão do eletrodo negativo até certo ponto, e o eletrodo negativo pode ser feito de material de carbono silício.Em um Tesla Model 3, 4.416 2.170 baterias têm uma área de superfície de 7,46 metros quadrados, enquanto 960 4.680 baterias têm uma área de superfície de 4,55 metros quadrados, reduzindo o peso da carcaça de aço em cerca de 40%.
Disse tantas vantagens, então fale um ponto difícil, é a coleção de orelha, pode ver três: orelha amassada, orelha cortada, multi-orelha.
A orelha amassada é mais popular na China, mas desta forma, devido ao espaço ocupado pela folha, a largura do revestimento do eletrodo positivo é de apenas cerca de 64 mm e a altura de utilização do espaço é de apenas 80%.Como o cilindro da Panasonic tem 70 mm, mas a largura do revestimento positivo é 63,5 mm e a altura da taxa de utilização do espaço chega a 90 por cento.Além disso, a forma da orelha do pólo não é controlada e é fácil causar um curto-circuito.Achamos que essa abordagem é problemática.Além disso, ambas as extremidades da fabricação estão no estado fechado, obstrução da infiltração de eletrólito.
O método de Tesla é cortar muito o método da orelha, a peça polar é lateralmente, cortada em pedaços, então coloque um rolo de uma orelha para formar a espiral da coisa, a extrusão seria muito melhor do que nenhuma regra, pois o espaço é pequeno, mas ao mesmo tempo, ainda existem alguns problemas, como a intensidade do laser e o comprimento focal não é fácil de controlar, fácil de derreter em baterias ou não soldar por dentro.Também devido à situação fechada em ambas as extremidades, obstrução da infiltração eletrolítica.Tesla disse no vídeo que a produção contínua é possível, mas pelo menos o processo de injeção não é uma produção contínua.
E quanto às orelhas multipolares?Quando olhamos cuidadosamente para o diagrama, os postes estão empilhados ordenadamente. Na verdade, quando o fazemos, descobrimos que não é fácil.Como você pode ver por esta fórmula, esta é a fórmula polar.Este S é a posição da orelha do pólo na placa do pólo, θ é o ângulo e a constante a é proporcional à espessura.Então, quando o número de voltas atinge cerca de 50 e o valor de θ nesta fórmula atinge mais de 300, a razão de S para mudança de espessura é muito grande. Quando a espessura do eletrodo muda em 1 mícron, a posição da orelha do pólo muda em 10.000 vezes.Por exemplo, as placas são alinhadas sem nenhum erro de espessura.Se o positivo e o negativo tiverem um mícron e, em seguida, forem ampliados 10.000 vezes, o erro da posição da orelha do pólo chegará a dezenas de milímetros.
Portanto, a conclusão é que a bateria 4680 de todos os pólos é um grande avanço no desempenho de baterias cilíndricas, redução de calor, desempenho de carregamento rápido muito melhorado.O custo da célula para o PACK terá uma redução relativamente grande.Claro, a dificuldade está na coleta de orelha extrema, mas com o progresso da tecnologia, aos poucos vai superar as dificuldades, dar jogo às vantagens.