4680 Vine

Ziua bateriei Tesla 2020 lansează 4680 de celule. Panasonic, LG, Samsung, EVA, Ningde Time și alte companii de baterii au investit în cercetare și dezvoltare. Se așteaptă ca 4680 să devină principala celulă a bateriei Tesla, stimulând dezvoltarea lanțului industrial aferent. 4680 adoptă noi tehnologii, cum ar fi cilindric mare, umplutură cu poli complet, electrod uscat, etc., care îmbunătățește semnificativ energia (de 5 ori mai mult decât bateria 2170) și puterea (de 6 ori mai mult decât bateria 2170). În plus, reduce costul bateriei (14% față de bateria 2170), optimizează performanța de disipare a căldurii, eficiența producției, viteza de încărcare, densitatea energiei, performanța ciclului etc.

Capul complet reduce semnificativ rezistența internă, îmbunătățește puterea, siguranța, performanța de încărcare rapidă și dublează procesul de tăiere cu laser necesar. Bateriile convenționale au doar două urechi, unul pentru borna pozitivă și una pentru borna negativă. Bateriile 4680 au urechi plini (lunele decupate direct de la borna pozitivă/negativă), ceea ce mărește foarte mult calea curentului și scurtează distanța dintre urechi. Acest lucru reduce semnificativ rezistența internă și crește tipul de multiplicator. Deoarece numărul de urechi este mult mai mare decât modelele convenționale, sunt necesare mai multe procese de tăiere cu laser.

Avantajele lui 4680:

Cilindrul mare 4680 are o adaptabilitate mai bună cu nichel ridicat, stimulând dezvoltarea lanțului industrial de nichel ridicat. Materialul de fier cu litiu are un preț mai mic și o performanță de siguranță mai mare, stoarce în mod continuu cota de piață a materialului ternar. Celulele cilindrice mari au o adaptabilitate mai bună cu nichel ridicat, iar Tesla adoptă material catod NCM811 cu nichel ridicat, care ajută la creșterea cotei de piață ridicate a nichelului.

4680 mare cilindric și catod de siliciu o mai bună adaptabilitate: catod de siliciu capacitate maximă teoretică a bateriei de până la 4200Wh/kg, mult mai mare decât grafitul 372Wh/kg. Celulele Tesla de prima generație 4680 nu folosesc catod de siliciu, deoarece prima incursiune a Tesla în domeniul celulelor bateriei, nu utilizează un design foarte radical.

1. Analiza istoricului dezvoltării bateriei cilindrice

Sony:cel mai vechi inventator, în cele din urmă s-a retras din industrie. 1992 a inventat bateriile litiu-ion, odată introduse la densitate de energie ultra-înaltă zdrobit bateriile tradiționale nichel-hidrură metalică. 1994 Sony a devenit cel mai mare producător de laptopuri, furnizor de baterii de la Dell. 2006, o întâlnire pe Dell incendiu laptop, Sony a rechemat 10 milioane de baterii. Și apoi ascensiunea din Coreea de Sud și China producătorilor de baterii, Sony este adânc în mocirla pierdere. 2016 a vândut afacerea cu litiu.

Panasonic:realizare reciprocă cu Tesla. 1994 cercetare și dezvoltare de baterii litiu-ion, 1997 Toyota Prius folosind baterie cilindric Panasonic 18650, achiziția Sanyo Electric în 2008 și furnizarea Tesla Roasder. 2010 transformarea bateriilor de putere și acțiuni în Tesla, 2014 fabrica din SUA și Tesla realizare reciprocă.

LG:Tesla are un moment înalt. 1999, producția în masă de 18650 de baterii, dar numai în 2019 pentru a intra în lanțul de aprovizionare al Tesla.

SDI:companie mare cu afaceri mici. 1999, cea mai mare capacitate 1.8Ah baterie din industria de producție de masă, a deținut odată o poziție dominantă pe piața notebook-urilor, dar a fost ezitant în ceea ce privește bateria de putere.

2. revizuirea istoricului dezvoltării bateriei pătrate

SDI:fosta baterie pătrată lider. 1999 a dezvoltat o baterie de putere pătrată, în 2009 a devenit un furnizor de baterii de putere BMW, în 2016, din cauza politicii listei albe a Chinei, sa îndreptat către aspectul european, afacerile bateriei cu litiu în veniturile companiei au reprezentat un relativ scăzut.

CATL:cel mai mare beneficiar al politicii de subvenții, liderul ascensiunii de trilioane. 2011 cooperare cu BMW, independent de specializarea în baterii de putere. În 2014, datorită politicii de subvenție, transporturile au crescut brusc, în 2014 s-au orientat spre cercetarea și dezvoltarea materialelor ternare cu densitate mare de energie. Politica de lista albă din 2016, precum și politica de subvenții tind spre materiale cu densitate ridicată de energie, transporturi inovatoare.

BYD:Compania a fost înființată în 1995, a patra cea mai mare baterie de telefon mobil livrată la nivel mondial în 1997, a intrat în domeniul auto în 2003, a dezvoltat mașină electrică pură F3e în 2006, autobuz electric pur produs în masă în 2009, mașină de pasageri pur electrică produsă în serie e6 în 2010, a beneficiat de politica de subvenții și a devenit lider în China. Politica de subvenții din 2016 tinde spre materiale ternare, iar BYD nu furnizează baterii. În 2016, politica de subvenții favorizează materialele ternare, iar BYD nu furnizează baterii, astfel că volumul transporturilor este în scădere, iar în 2020 vor fi lansate bateriile blade și modelele DMI, iar cota de piață va continua să crească.

3. Revizuirea istoricului dezvoltării bateriei pachetului moale

AESC:regele timpuriu. înființată în 2007, concentrându-se pe traseul tehnologiei manganatului de litiu. 2010 echipat cu piața clasică Nissan Leaf de la AESC, creând o poveste de calitate 9-an de zero accidente de siguranță a bateriei. 2017 din cauza avantajului manganatului de litiu nu mai este, AESC nu mai este furnizorul exclusiv al Leaf, achiziționat de Vision în 2019.

LG:set de baterii soft pack master. LG a intrat pe piața bateriilor de putere în 2009, după ani de precipitații în bateriile telefoanelor mobile. Primul model pentru hibridul Hyundai, 2010 care sprijină Chevrolet Volt, 2017 Chevrolet Volt și vânzările Bolt au depășit 50,000 unități, 2018 și cooperarea VW pentru a dezvolta MEB, bateria soft pack LG a atins perioada de glorie. 2021 Hyundai și GM rechema din cauza problemelor de siguranță a bateriei, ziua bateriei VW a anunțat alegerea celulelor standard pătrate, bateria moale a suferit un regres.

Judecarea traseului tehnic trebuie evaluată din perspectiva sistemului/întregului vehicul, iar avantajele și dezavantajele celulelor individuale nu pot fi extrapolate la sistem.Densitatea mare de energie a celulei nu este aceeași cu densitatea mare de energie a sistemului.Densitatea de energie a celulelor soft pack este mare, dar greutatea părților structurale ale bateriilor soft pack la nivel de sistem este mult mai mare decât cea a bateriilor hard-shell, ceea ce face ca diferența de densitate a energiei la nivel de sistem să nu fie semnificativă.Siguranța bună a celulei nu este egală cu siguranța bună a sistemului de baterii.Calea de disipare a căldurii, starea de fixare și conexiunea de înaltă tensiune a celulelor din acumulatorul vor afecta efectul de protecție termică. Bateriile soft au performanțe de siguranță mai bune decât bateriile cu carcasă tare la nivel de celule, dar protecția la nivel de sistem este, de asemenea, foarte dificilă și costisitoare și nu există un avantaj semnificativ în general.

Procesul de producție a bateriilor cilindrice este cel mai simplu și mai eficient dintre cele trei metode de ambalare. Principalele procese de producție includ: dozare, acoperire, laminare, tăiere, bobinare, sudare și alte procese.

Dificultățile în procesul de producție a 4680 de celule pentru toate urechile sunt:

• Tăierea cu matriță: Când celula pentru toate urechile este acoperită cu stâlpi, o zonă de folie goală este rezervată la marginea fluidului colector. După presarea cu rolă și tăiere, zona de folie goală de la marginea colectorului este tăiată în mai multe urechi și apoi înfășurată. Urechile de stâlp tăiate cu laser au următoarele probleme: (i) piesa de stâlp are tendința de a vibra la tăiere; (ii) problema că deșeurile nu pot fi evacuate eficient după tăiere; și (iii) lungimea și numărul de tăieturi cu matriță sunt mult mai mari decât cele ale urechilor de stâlp convenționali.

• Frământare: în procesul de fabricație a bateriei cilindrice 4680, întregul nucleu al bateriei trebuie frământat și apoi sudat cu placa de stâlp după ce secțiunea miezului bateriei este plată. Există o mulțime de dificultăți în procesul de frământare: ① când viteza de frământare este prea mare, piesa polară se va dovedi ② când viteza de frământare este prea mică, eficiența producției este scăzută ③ când nivelul de frământare produce mai multe așchii de metal, rezultând în scurtcircuit intern ④ vărsarea materialului sub tensiune și alte probleme ⑤ frecarea generează mult praf ⑥ produce pliuri de urechi.

• Sudare: 4680 sudura cu urechi de baterie datorita cresterii numarului de urechi face ca volumul de sudare sa creasca. Procesul intermediar de sudare a miezului include, în general, sudarea cu urechi (inclusiv presudarea), sudarea în puncte a curelei de stâlp, sudarea prealabilă a miezului în carcasă, sudarea de etanșare a capacului superior carcasei, sudarea de etanșare a portului de injecție de lichid, etc. Circumferința de sudare și timpul crește, urechiul de pol și fluidul colector au spațiu alb limitat, există un efect de acumulare termică, care va afecta consistența, iar procesul de sudare este predispus la acumulare termică.

• Tăiere cu matriță: Prin mașina de tăiere, rolele de stâlp frezate sunt tăiate în lățimea necesară pentru producția de celule, în funcție de cererea reală. Celulele 4680 sunt formate prin tăierea urechilor direct pe folia goală, ceea ce impune cerințe mai mari pentru precizia, viteza și calitatea tăierii cu laser pentru echipamentele de producție de mare viteză.

  
  

4680 soluție pentru baterii pentru toate urechile:

• Tăiere cu matriță: Tăierea cu matriță a urechilor plini pozitivi și negativi în mai mulți monoliți de urechi paralelogram, care nu numai că pot împiedica urechea să se întoarcă în timpul procesului de frământare, dar și nu pot zgâria peretele interior al carcasei bateriei la asamblarea cu carcasa bateriei; și poate reduce generarea de așchii de metal pentru a evita scurtcircuitul; în același timp, această structură de paralelogram poate reduce eficient presiunea rolei la frământare, evitând astfel scurgerea materialului activ și îmbunătățind considerabil rata de randament.

• Frământare: Procesul de frământare variază foarte mult de la producător la producător, iar brevetul CN11356039A arată că manșonul de frământare este aplicat pe manșonul exterior al urechii întregului stâlp. Capul de aplatizare se apropie de manșonul de aplatizare în timp ce se rotește și, după ce a contactat manșonul de aplatizare, acesta se va roti direct pe manșonul de aplatizare și va conduce deformarea elastică a manșonului de aplatizare pentru a transfera forța de rotație către urecul complet pentru a finaliza aplatizarea; Deoarece capul de aplatizare nu mai intră în contact direct cu urechea plină, poate împiedica efectiv zdrobirea parțială a urechii pline, eliminând astfel impactul asupra calității produsului și îmbunătățind mai bine rata de randament. Brevetul arată că: frământarea cu ultrasunete pre-tratează suprafața de capăt a miezului cu unde ultrasonice, iar apoi efectuează frământarea mecanică. Frământarea cu ultrasunete include un cap de frământare cu ultrasunete stabilit la ambele capete ale miezului, iar capul de frământare cu ultrasunete are o canelură, iar cele două capete ale miezului sunt introduse în canelura capului de frământare cu ultrasunete corespunzător. Miezul este transportat în unitatea de frământare cu ultrasunete, iar capul de frământare cu ultrasunete vibrează și frământă cele două capete ale miezului pentru a obține un efect de aplatizare și pentru a îmbunătăți compactitatea capetelor miezului în pregătirea pentru frământarea mecanică ulterioară. Capul de frământare mecanic este un cap de frământat ceramic. Capul de frământare mecanic se rotește și stoarce miezul pentru a-l aplatiza. Brevetul CN213878154U alege să aplice material izolator la marginea semifabricată după acoperire, iar materialul izolator este la același nivel cu materialul activ, astfel încât colectorul să formeze un plan complet după înfășurare, fără a fi nevoie de frământare.

• Sudarea: sudarea cu pante de stâlp se realizează de obicei cu un laser. Reglarea precisă a vitezei de sudare, adâncimii de sudare, lățimii de sudare și alte avantaje pentru a se adapta la sudarea diferitelor materiale și produse, pentru a obține o sudură precisă, o calitate mai fiabilă și un aspect îngrijit.

Se așteaptă ca problemele de mai sus să fie atenuate, credem că 4680 va accelera creșterea cotei coloanei:

1) creșterea calității ofertei: liberalizarea listei albe, intrarea lider de trilioane. 21 iunie 2019, „condițiile specificațiilor industriei bateriilor pentru automobile” au fost abrogate oficial, ceea ce înseamnă că piața bateriilor de putere din China este deschisă oficial companiilor străine de baterii, LG, Panasonic etc. pot oferi baterii cilindrice de calitate pentru piața chineză. Domestic Ningde Time și YIWI Li-energy au investit deja în cercetarea și dezvoltarea bateriilor cilindrice 4680, iar companiile care și-au exprimat public angajamentul față de cercetarea și dezvoltarea bateriilor 4680 includ: Tesla, LG, Samsung, SDI, CATL, YIWI Li-energy , etc.

2) Număr mai mic de baterii, dificultate de integrare mai mică: Tesla folosește acum 4416 21700 baterii și va folosi 960 4680 baterii în viitor, astfel încât pragul de integrare a sistemului este redus semnificativ.

3) Capacitate crescută și decalaj de costuri redus: Capacitatea a 4680 de baterii cilindrice este de 5 ori mai mare decât cea a 21700 de baterii, combinată cu o eficiență ridicată a producției și un randament ridicat al bateriilor cilindrice, un conținut mai mare de nichel al materialului catodic și mai mulți catozi de siliciu, costul diferența dintre 4680 de baterii și bateriile pătrate este redusă.

4) BMW este primul care trece la baterii cilindrice: celulele cilindrice vor fi folosite în sistemul de baterii BMW Gen6. În calitate de perforator al CATL, BMW a ales cu fermitate traseul tehnologiei bateriilor pătrate, iar acum preia conducerea trecerii la ruta tehnologiei bateriilor cilindrice, care cu siguranță va avea un impact profund asupra altor companii auto.