В темата на сесията на SESSION1 "Тенденция за приложение и развитие на пазара на усъвършенствани технологии за батерии с висока мощност в HEV, микрохибридни (48V), UAV и електрически инструменти", д-р Мао Хуаню, председател на Suzhou Yulang Battery Co., Ltd., изнесе основна реч на тема "Предимства и недостатъци на батерията Clyindar 4680".
Както може да се види от Tesla от 18650 до 21700 до 4680, всъщност това е не само промяна на размера, но и значително подобрение на вътрешната структура.За разлика от 18650 и 21700, които имат един или два полюса, ухото 4680 се превръща в безкраен брой полюси. Тази промяна значително увеличава пътя на тока и увеличава батерията от висока енергийна плътност до висока скорост. Тази промяна позволява висок ток на зареждане и разреждане, намалява топлината, увеличава размера на цилиндричната батерия и намалява разходите.4680 е еквивалентен на около пет 21700 и осем 18650.
Нека разгледаме по-отблизо типичния дизайн на батерията. Отляво е координатата на енергийната плътност, отдясно е координатата на плътността на мощността, а в средата има разнообразие от различни дизайни, като Panasonic 2170 и литиевия титанат на Yinlong.Когато енергийната плътност се увеличи, плътността на мощността ще намалее или ако плътността на мощността на литиево-титанатната батерия е много висока, но енергийната плътност е сравнително ниска, образувайки такава разлика с ножици, сега пълнополюсното ухо 4680 може да вземе предвид вземете предвид високата енергийна плътност и високата плътност на мощността, за да преодолеете ограниченията на оригиналната цилиндрова батерия.
Нека да разгледаме сравнението на двете структури на батериите. По-горе е батерията, използвана в Panasonic 21700Tesla Model3. В средата има ухо (не в средата).Ако погледнем пълната ушна клетка 4680, пътят на електронната проводимост се равнява на ширината на полюсната плоча, около 70 милиметра, и е много еднакъв.За батериите на Panasonic плътността на тока е много висока там, където се намира полюсното ухо. Ако сте далеч от това място, плътността на тока е много ниска, така че плътността на тока е много неравномерна.Между другото, клетката 4680, която направихме, е с дължина 4,5 метра и е много трудно да се получи висока мощност с едно или няколко уши на много дълга клетка, така че това е фундаментална разлика.
Тук има две характеристики. Едното е, че значително скъсява пътя на електронната проводимост.Едното е да има еднаква плътност на тока.Това носи редица предимства:
Например може да се реализира бързо зареждане и 80% зареждане става възможно за 15 минути.По-малко батерии също могат да изведат повече задвижваща мощност.Силният ток на зареждане и разреждане топлината е по-малко, животът се увеличава.Ето, например, Yuliu сега прави батерия от три юана 4680, кривата на зареждане е основно същата, бързото зареждане от 0 до 80% се нуждае само от 12 минути и 13 секунди, скоростта на импулсния режим на разреждане може да достигне 8C, енергията плътност достига 230Wh/kg.Ефективността на бързото зареждане на YuluoFeFe4680 е от 0 до 80%. Необходими са само 12 минути и 30 секунди, докато импулсният разряд достигне 11C и енергийната плътност да достигне 180 Wh/kg.
По отношение на намаляването на разходите някои автомобилни фабрики могат да постигнат малка конска кола, не толкова батерия, като например оригиналните 50 градуса електричество, сега с 30 градуса мощност с оригинала е същото, или дори по-голямо, ако в някои случаи, без да се вземе предвид пробегът на шофиране може да бъде по-малко батерия.В допълнение, ефективността на производството на клетки също се подобрява, което е благоприятно за намаляване на производствените разходи.Предимствата на PACK са още по-големи. Структурата е много проста, което е важно за намаляване на разходите.В допълнение, енергийната плътност може също да бъде подобрена, за да се поддържа основно високата енергийна плътност на батерията на цилиндъра. В същото време цилиндърът е по-подходящ за използване на силициев аноден материал за подобряване на енергийната плътност.
Как може нещо като тази форма?Просто разглеждаме структурата му.Например, в процеса на електронна проводимост, батерията може да бъде разделена на два импеданса, единият е импедансът на електронната проводимост, а другият е импедансът на йонната проводимост.Електрическият импеданс е съпротивлението (от порядъка на няколкостотин милиметра), което протича по протежение на фолиото, а фолиото има много малка площ на потока, просто дебелината умножена по ширината.Йонната проводимост е съпротивлението, причинено от потока на йони през пролуката и мембраната между частиците от анодния и катодния материал. Разстоянието на проводимост е от порядъка на микрона, а зоната на проводимост е много голяма.В клетка, ако структурата не е подходяща, повече от 90% от вътрешното съпротивление е от съпротивлението на фолиото, изцяло полюсната структура на ухото основно елиминира това съпротивление.
Оксфордския университет на Великобритания няколко учени, специално за симулация на батерия 4680, и сравнението на традиционните цилиндрични батерии на ухото, ABCD е различни условия на разсейване на топлината, вижте същите условия на разсейване на топлината, отляво и отдясно, колко е температурната разлика между него?Ако нормализираме скалата, можем да видим, че кривата е само малко тук, а температурата на нагряване е много по-ниска.Нека разгледаме нейната калоричност, която също е описана тук. Това е традиционната цилиндрична клетка с ушна конструкция и фолиото има толкова много калоричност, но по принцип не можете да го намерите вътре в цилиндъра 4680.Цялостното изчисление на калоричността на традиционната цилиндрична батерия е повече от 5 пъти по-голяма от тази на цялото ухо, така че калоричността е само 20% от оригинала.
Вижте не само калоричността е малка, а и разпределението също е много равномерно, SOC от 90% разреждане, традиционният дизайн на централната температура на батерията достига 80 градуса по Целзий, но 4680 е много равномерно, няма специално горещо място, балансът е под 45 градуса по Целзий, което е при същите условия на разреждане.Равномерното нагряване е важен аспект за удължаването на живота на батерията.Поради ниската калоричност и еднородност, разходите за управление на топлината на PACK могат да бъдат значително намалени.Това е батерията в модела 3, с повече от 4000 батерии, минаващи през змиевидни тръби, и можете да разберете, като го погледнете, че не е евтин.Сега 4680 няма температура, можете да премахнете всички тези, премахнати след какво?Това е напълно немодулният ПАКЕТ, рекламиран от Tesla. Той е толкова плътно подреден, че отдолу или отгоре се добавя плоска плоча за разсейване на топлината, което значително намалява разходите за управление на топлината.
Нека сравня 4680 с блейд батерия.Най-голямата характеристика на блейд батерията е да пести място и да увеличава степента на използване с 50%. След това, когато сме толкова плътно подредени, използваме 53,57kWh батерия за сравнение, което е 135 A и 396,8V батерия. Измерването на дължина, ширина и дебелина показва, че пространството на клетката е тази стойност, а общият обем на клетката е 0,143 кубични метра.По подобен начин използваме дистанционни клетки, като всяко изчисление от 18 A изисква 930PCOS, образувайки квадратен масив от 39×24 клетки, обемът на клетъчното пространство е 0,141 кубични метра, двете са сравними.Освен това 4680 има своите предимства. Полюсът на акумулаторната батерия има 915 mm електронен проводящ път. Пътят на проводимост 4680 е само десетки mm, така че умножителят 4680 ще има повече предимства.
Нека сравним 4680 с квадратната клетка.В момента размерът на литиево-желязната батерия, използвана в Tesla Model 3, е 62 мм (дебелина) x 275 мм (широчина) x 80 (висока). Намерихме капацитета и напрежението на акумулатора на табелката на автомобила. Общият обем на батерията е 0,147m3, когато клетките на батерията са подредени една по една.По същия начин използваме 4680 от 18Ah, за да образуваме квадратен масив 40×24. Общият обем на клетката е 0,144 куб.м. Следователно, в сравнение с квадрата, 4680 има същата обемна енергийна плътност.
Според доклада на Tesla, структурата компенсира част от теглото.В същото време той има важен фактор за намаляване на разходите, тук има две криви, заемат пиково място, така че намаляването на разходите с диаметър 46 мм е най-голямото, диапазонът също е най-голям.Най-малко разходите за производство на PACK са намалени от 2170 на 4680 клетки, от 4416 клетки на 960 клетки, а разходите за заваряване и разходите за монтаж са значително намалени.Оригиналното заваряване на алуминиева тел с отрицателния електрод на батерията 2170 е голяма трудност, вижте внимателно това място спойка е много грозна, защо така?Основно защото заваръчната равнина, осигурена от отрицателния електрод, е твърде малка или извита, широка само около 1 милиметър, така че винаги е лошо заваряване, а добивът на готови продукти на това място е много нисък.Но променено на 4680 не е същото, положителната равнина на заваряване в средата, отрицателната равнина на заваряване има десетина милиметра широка, много гладък голям кръг.
По отношение на подобряването на енергията, тъй като цилиндърът е по-лесен за постигане на безопасен при отказ, положителният електрод може да бъде направен от материал с високо съдържание на никел, батерията на цилиндъра може да инхибира разширяването на отрицателния електрод до известна степен, а отрицателният електрод може да бъде изработен от силициев въглероден материал.В един Tesla Model 3 4416 батерии 2170 имат площ от 7,46 квадратни метра, докато 960 батерии 4680 имат повърхност от 4,55 квадратни метра, което намалява теглото на стоманената обвивка с около 40%.
Каза толкова много предимства, а след това говори трудна точка, е събирането на ухото, може да видите три: месене ухо, отрязано ухо, много ухо.
Месенето на ухото е по-популярно в Китай, но по този начин поради пространството, заето от фолиото, ширината на покритието на положителния електрод е само около 64 мм, а височината на използване на пространството е само 80%.Както и цилиндърът на Panasonic е 70 мм, но ширината на положителното покритие е 63,5 мм, а височината на степента на използване на пространството достига 90 процента.В допълнение, формата на ухото на полюса не се контролира и е лесно да се получи късо съединение.Смятаме, че този подход е проблематичен.Освен това и двата края на производството са в затворено състояние, запушване на електролитна инфилтрация.
Методът на Тесла е да отрежете много ухо метод, върхът е настрани, нарязан на парчета, след това го сложете на ролка от ухо, за да образувате спирала на нещо, екструдирането би било много по-добре, отколкото без правила, тъй като пространството е малко, но в същото време все още има някои проблеми, като например интензитета на лазера и фокусното разстояние не е лесно да се контролира, лесно се стопява до батерии или няма заваряване отвътре.Също така поради затворената ситуация в двата края, запушване на електролитната инфилтрация.Tesla каза във видеото, че е възможно непрекъснато производство, но поне процесът на инжектиране не е непрекъснато производство.
Ами многополюсните уши?Когато разгледаме внимателно диаграмата, стълбовете са подредени спретнато. Всъщност, когато го правим, откриваме, че това не е лесно.Както можете да видите от тази формула, това е полярната формула.Това S е позицията на полюсното ухо върху полюсната плоча, θ е ъгълът, а константата a е пропорционална на дебелината.След това, когато броят на завоите достигне около 50 и стойността на θ в тази формула достигне повече от 300, съотношението на S към промяната на дебелината е много голямо. Когато дебелината на електрода се промени с 1 микрон, позицията на полюсното ухо се променя с 10 000 пъти.Например, плочите са подравнени без грешка в дебелината.Ако и положителните, и отрицателните имат микрон и след това се увеличат 10 000 пъти, грешката в позицията на полюсното ухо ще достигне десетки милиметри.
Така че заключението е, че батерията с всички полюси ear 4680 е основен пробив в производителността на цилиндричните батерии, намаляването на топлината, бързото зареждане, значително подобрено.Разходите от клетката до ПАКЕТА ще имат относително голямо намаление.Разбира се, трудността се крие в екстремното събиране на уши, но с напредъка на технологиите, постепенно ще преодолеете трудностите, ще даде игра на предимствата.