中国汽车工程师之家--聚集了汽车行业80%专业人士 

论坛口号:知无不言,言无不尽!QQ:542334618 

本站手机访问:直接在浏览器中输入本站域名即可 

  • 557查看
  • 0回复

[动力电池] 4680电池详解

[复制链接]

  • TA的每日心情
    无聊
    1-7-2015 18:46
  • 签到天数: 1 天

    [LV.1]初来乍到

    发表于 1-1-2024 16:53:55 | 显示全部楼层 |阅读模式

    汽车零部件采购、销售通信录       填写你的培训需求,我们帮你找      招募汽车专业培训老师


    4680电池详解w1.jpg

    1. 简介

    1.1. 定义

    4680电池为特斯拉推出的直径为46mm,高度为80mm的新一代圆柱电池。

    图:4680电池展示图

    4680电池详解w2.jpg

    对于电池来讲,能量密度提升时,功率密度会下降,直径46mm是圆柱电池兼顾高能量密度和高功率密度的最优选择。

    图:圆柱电池尺寸与性能变化

    4680电池详解w3.jpg

    1.2.  核心创新

    大电芯+全极耳+干电池技术

    1.3.  性能突破

    4680电池大幅提升了电池功率(6倍于2170电池),降低了电池成本(14%于2170电池),优化了散热性能、生产效率、充电速度,能量密度、循环性能有进一步的提升空间。

    2. 结构改变

    2.1. 全极耳

    4680电池通过极耳结构的改变,大幅提升了电池功率、优化了散热性能、生产效率、充电速度。

    2.1.1. 全极耳结构

    极耳:从电芯中将正负极引出来的金属导电体,是电池充放电时的接触点。在电池工作中,电子从正极极耳流向负极极耳,其流经路径与电池内阻成正比,流经宽度与电池内阻成反比,而电池内部损耗功率与内阻的平方成正比,因此极耳接触面积越大,极耳间距越短,电池输出功率越高。

    传统电池只有两个极耳,分别连接正极与负极,而4680电池实现了全极耳(直接从正极/负极上剪出极耳),从而大大增加了电流通路,并缩短了极耳间距,进而大幅提升了电池功率。

    4680电池详解w4.jpg

    2.1.2. 全极耳优势

    1、提升了输出功率:电池电流通路变宽,且内阻大幅减少,内部损耗随之降低,进而大幅提升了电池功率(6倍于2170电池)。

    2、提升安全性:圆柱电池与片状电池不同,其散热为轴向居多,热量从极耳出散出。传统圆柱电池如2170只有两个极耳,热量传输通道窄,因此散热效果不好。4680电池极耳面积大大增加,热量传输通道宽阔,大大改善了散热效果(只有传统圆柱电池的20%),增强了电池的热稳定性。

    3、快充性能大幅提升:由于全极耳结构,电子更容易在电池内部移动,电流倍率提高,因此充放电速度更快。

    4、提高生产效率:消除生产线添加极耳的流程和时间,节省设备空间,减少出现制造缺陷的可能。

    4680电池详解w5.jpg

    2.1.3. 全极耳工艺难点

    1、全极耳制作中,极耳的收集问题:通俗的理解就是把极耳折在一起的工艺,目前有揉压极耳、切跌极耳、多极耳三种:

    1)揉压极耳的极耳形态不受控,容易发生短路,制造时两段封闭,电解液渗入阻碍大;

    2)切跌极耳(Tesla)斜切成片卷起,比无规则挤压好一些,占空间较小,但表面起伏度较大,制造时两段仍封闭,注液不能连续生产;

    3)多极耳很难折叠整齐,极耳位置误差在外圈易被放大。

    2、全极耳与集流盘或壳体连接中,对激光焊接技术要求较高:从点焊(传统两个极耳)到面焊(4680电池全极耳),焊接工序和焊接量都变多,激光强度和焦距不容易控制,易焊穿烧到电芯内部或者没有焊,目前电池良率较低(80%)。

    图 Tesla切跌极耳成品

    4680电池详解w6.jpg

    2.1.4. 全极耳带来的机遇

    从以往2170电池的脉冲激光器点焊,到目前4680电池线或激光点阵,激光焊接工艺提升,可能会从原来的脉冲激光器变为连续激光器,整体造价增加。

    2.2. 大电芯

    2.2.1. 性能表现

    4680电池较之前2170电池在直径和高度上具有提升,直径从21mm变为46mm,高度从70mm变为80mm,电芯厚度增加,曲率降低,空心部分更大。

    2.2.2. 尺寸变大优势

    1、降低电池成本:降低壳体在单位电池容量上的占比,结构件和焊接数量也显著减少(成本相比2170电池降低14%)。

    2、提升能力密度:随着电池尺寸增大,电池组中电池数量减少,金属外壳占比减少,正极、负极等材料占比增加,能量密度提高。

    3、bms系统更加省心:电池组中电池数量减少,对于电池的监测和状态分析更为简单。

    4、结构强度增加,与CTC技术完美结合:4680尺寸更大结构强度更高,其作为结构电池成为车结构的一部分,既提供能源,也用作结构起支撑作用,节省了空间也减少了重量(10%),因此提升了续航里程(14%)。

    2.2.3. 尺寸变大劣势

    增加发热量:电池尺寸越大,发热越多,散热越难,因此热量控制更困难,电池爆炸产生的威力越大,为之前电池厂商想增加电池尺寸的最大瓶颈,Tesla通过全极耳技术进行了热稳定性能的突破。

    2.2.4. 实际性能表现

    随着电池尺寸增大,电池组中电池数量减少,金属外壳占比减少,正极、负极等材料占比增加,能量密度提高。与2170电池相比,4680电池能量方面提高了5倍,目前续航里程的提升(16%)主要来自CTC技术(14%),随着材料体系的不断升级,电池能量密度有进一步提升空间。

    3. 干电池技术

    干电极技术可同时用在正负极上。

    3.1. 传统湿法工艺

    需要将材料放置溶液中,再进行干燥和压成膜:使用有粘合剂材料的溶剂,其中NMP(N-甲基吡咯烷酮)是其中一种常见溶剂,将具有粘合剂的溶剂与负极或正极粉末混合后,将浆料涂在电极集电体上并干燥,其中溶剂有毒需回收,进行纯化和再利用,中间需要巨大、昂贵且复杂的电极涂覆机器。

    3.2. 干电池工艺

    干电极工艺彻底跳过加入溶液步骤,可省略繁复的涂覆,烘干等工艺,大幅简化生产流程:将活跃的正负极颗粒与聚四氟乙烯(PTFE)混合,使其纤维化,直接用粉末擀磨成薄膜压到铝箔或者铜箔上,制备出正负极片。

    图:Tesla干电池工艺展示

    4680电池详解w7.jpg

    3.3. 干电池优势

    1、工艺简单,节省成本:不采用溶剂,省去了昂贵的涂覆机。

    2、提升生产效率:干电极技术使生产速度提升至以前的七倍。

    3、增加电池能量密度:有溶剂的情况下,锂与混有锂金属的碳不能很好的彼此融合,有第一次循环容量损失问题,干电池技术会大大改善这种问题,从而提升电池能量密度。同时增加正极材料厚度,从55μm提升至60μm 提升活跃电极材料比,使能量密度提升5%同时,保证功率密度。

    3.4. 干电池工艺难点

    目前工艺不成熟,电池要做厚,圆柱要卷起来,容易开裂。

    4680电池核心创新工艺为:大电芯+全极耳+干电池技术,增强了电池功率与安全性,提升了生产效率、快充性能,降低了电池成本,能量密度、循环性能有进一步的提升空间。目前技术难点在于全极耳的制作和焊接、干电极工艺。4680电池率先应用于高镍体系,预计22年上半年特斯拉及松下开始量产,将带动高镍正极+硅碳负极+碳纳米管导电剂+大圆柱结构件+新型锂盐需求,对应龙头将受益;国内大圆柱电池亿纬布局领先,拟投20gwh产能,预计将于23年放量。

    来源:东吴证券
    

    该用户从未签到

    发表于 16-3-2025 07:43:00 | 显示全部楼层
    关于4680电池详解:

    一、概述:4680电池是特斯拉推出的新一代圆柱电池,直径46mm,高度80mm。其设计旨在实现高能量密度和高功率密度的最佳平衡。

    二、核心创新:采用大电芯、全极耳及干电池技术,实现了技术革新。

    三、性能突破:相比之前的2170电池,4680电池在电池功率上实现了大幅提升(提升约6倍),同时降低了电池成本(较2170电池降低约14%)。此外,其散热性能、生产效率、充电速度均得到优化,同时在能量密度和循环性能上仍有进一步的提升空间。该电池的出现将进一步推动电动汽车的技术进步和市场发展。
    回复 支持 反对

    使用道具 举报

    快速发帖

    您需要登录后才可以回帖 登录 | 注册

    本版积分规则

    QQ|手机版|小黑屋|Archiver|汽车工程师之家 ( 渝ICP备18012993号-1 )

    GMT+8, 23-7-2025 08:19 , Processed in 0.318566 second(s), 37 queries .

    Powered by Discuz! X3.5

    © 2001-2013 Comsenz Inc.