4680 kommt

2020 Tesla Battery Day Release 4680 Zellen. Panasonic, LG, Samsung, EVA, Ningde Time und andere Batterieunternehmen haben in Forschung und Entwicklung investiert. Es wird erwartet, dass 4680 die Hauptbatteriezelle von Tesla wird und die Entwicklung der zugehörigen Industriekette vorantreibt. 4680 übernimmt neue Technologien wie große zylindrische, vollpolige Ösen, Trockenelektroden usw., was die Energie (5-mal mehr als 2170-Batterie) und Leistung (6-mal mehr als 2170-Batterie) erheblich verbessert. Darüber hinaus werden die Batteriekosten gesenkt (14 % im Vergleich zur 2170-Batterie), die Wärmeableitungsleistung, die Produktionseffizienz, die Ladegeschwindigkeit, die Energiedichte, die Zyklusleistung usw. optimiert.

Der vollständige Ansatz reduziert den Innenwiderstand erheblich, verbessert Leistung, Sicherheit, Schnellladeleistung und verdoppelt den erforderlichen Laserschneidprozess. Herkömmliche Batterien haben nur zwei Anschlüsse, einen für den Pluspol und einen für den Minuspol. 4680-Batterien verfügen über vollständige Kabelschuhe (Kabelschuhe, die direkt vom Plus-/Minuspol abgeschnitten sind), wodurch der Strompfad erheblich vergrößert und der Kabelschuhabstand verkürzt wird. Dadurch wird der Innenwiderstand deutlich reduziert und der Multiplikatortyp erhöht. Da die Anzahl der Laschen deutlich höher ist als bei herkömmlichen Ausführungen, sind mehr Laserschneidprozesse erforderlich.

Vorteile von 4680:

Der große 4680-Zylinder lässt sich besser an einen hohen Nickelgehalt anpassen und fördert so die Entwicklung einer Industriekette mit hohem Nickelgehalt. Lithium-Eisen-Material hat einen niedrigeren Preis und eine höhere Sicherheitsleistung, wodurch der Marktanteil von ternärem Material kontinuierlich verdrängt wird. Große zylindrische Zellen lassen sich besser an einen hohen Nickelgehalt anpassen, und Tesla verwendet das hochnickelhaltige NCM811-Kathodenmaterial, was dazu beiträgt, den Marktanteil von hohem Nickelgehalt zu erhöhen.

4680 große zylindrische und Silizium-Kathode bessere Anpassungsfähigkeit: Silizium-Kathode theoretische maximale Batteriekapazität bis zu 4200 Wh/kg, viel höher als die Graphit 372 Wh/kg. Teslas 4680-Zellen der ersten Generation verwenden keine Siliziumkathode, da Teslas erster Vorstoß auf dem Gebiet der Batteriezellen kein sehr radikales Design verwendet.

1. Rückblick auf die Entwicklungsgeschichte zylindrischer Batterien

Sony:der früheste Erfinder, zog sich schließlich aus der Branche zurück. 1992 wurden Lithium-Ionen-Batterien erfunden, die nach der Einführung der ultrahohen Energiedichte die herkömmlichen Nickel-Metallhydrid-Batterien zerschmetterten. 1994 wurde Sony zum größten Laptop-Hersteller und Batterielieferant von Dell. Bei einem Treffen im Jahr 2006 über den Brand eines Dell-Laptops rief Sony 10 Millionen Akkus zurück. Und dann der Aufstieg der südkoreanischen und chinesischen Batteriehersteller, Sony steckt tief im Verlustsumpf. 2016 Lithiumgeschäft verkauft.

Panasonic:Gemeinsamer Erfolg mit Tesla. 1994 Forschung und Entwicklung von Lithium-Ionen-Batterien, 1997 Toyota Prius mit zylindrischer 18650-Batterie von Panasonic, 2008 Übernahme von Sanyo Electric und Lieferung von Tesla Roasder. 2010 Transformation von Power-Batterien und Anteilen an Tesla, 2014 US-Fabrik und Teslas gegenseitiger Erfolg.

LG:Tesla hat einen Höhepunkt. 1999 begann die Massenproduktion von 18650-Batterien, die jedoch erst 2019 in die Lieferkette von Tesla aufgenommen wurden.

SDI:großes Unternehmen mit kleinem Unternehmen. 1999, der 1,8-Ah-Akku mit der größten Kapazität in der Massenproduktionsindustrie, hatte einst eine beherrschende Stellung auf dem Notebook-Markt inne, zögerte jedoch bei der Leistungsbatterie.

2. Rückblick auf die Entwicklungsgeschichte der quadratischen Batterie

SDI:die ehemals führende quadratische Batterie. 1999 wurde eine quadratische Power-Batterie entwickelt, im Jahr 2009 wurde BMW Power-Batterie-Lieferant, im Jahr 2016 wurde aufgrund der White-List-Politik Chinas auf das europäische Layout umgestellt, wobei das Geschäft mit Lithium-Batterien einen relativ geringen Anteil am Umsatz des Unternehmens ausmachte.

CATL:Der größte Nutznießer der Subventionspolitik ist der Aufstieg des Billionenführers. 2011 Kooperation mit BMW, unabhängig von der Spezialisierung auf Power-Batterien. Im Jahr 2014 stiegen die Lieferungen aufgrund der Subventionspolitik stark an und im Jahr 2014 konzentrierte man sich auf die Forschung und Entwicklung von ternären Materialien mit hoher Energiedichte. Die White-List-Politik sowie die Subventionspolitik im Jahr 2016 tendieren dazu, Materialien mit hoher Energiedichte und Lieferungen zum Durchbruch zu bringen.

BYD:Das Unternehmen wurde 1995 gegründet, lieferte 1997 den viertgrößten Akku für Mobiltelefone weltweit aus, stieg 2003 in den Automobilbereich ein, entwickelte 2006 das reine Elektroauto F3e, produzierte 2009 den reinen Elektrobus in Serie und den reinen Elektro-Pkw e6 in Serie profitierte 2010 von der Subventionspolitik und wurde zum Marktführer in China. Die Subventionspolitik von 2016 tendiert zu ternären Materialien, und BYD liefert keine Batterien. Im Jahr 2016 begünstigt die Subventionspolitik ternäre Materialien und BYD liefert keine Batterien, sodass das Versandvolumen zurückgeht. Im Jahr 2020 werden Blade-Batterien und DMI-Modelle auf den Markt kommen und der Marktanteil wird weiter steigen.

3. Rückblick auf die Entwicklungsgeschichte der Softpack-Batterie

AESC:der frühe König. wurde 2007 gegründet und konzentriert sich auf die Lithiummanganat-Technologieroute. 2010 mit dem klassischen Nissan Leaf-Markt von AESC ausgestattet, wodurch eine 9-jährige Qualitätsgeschichte mit null Batteriesicherheitsunfällen entstand. Aufgrund des Vorteils von Lithiummanganat im Jahr 2017 ist AESC nicht mehr der ausschließliche Lieferant von Leaf, das 2019 von Vision übernommen wurde.

LG:Softpack-Akku-Set Master. LG stieg 2009 in den Markt für Power-Batterien ein, nachdem es jahrelang zu Niederschlägen bei Handy-Batterien gekommen war. Das erste Modell für den Hyundai-Hybrid unterstützte 2010 den Chevrolet Volt, 2017 überstiegen die Verkäufe von Chevrolet Volt und Bolt 50,000 Einheiten, 2018 erreichte die Zusammenarbeit von VW bei der Entwicklung der MEB- und LG-Softpack-Batterie ihren Höhepunkt. 2021 Rückruf von Hyundai und GM aufgrund von Batteriesicherheitsproblemen, VW-Batterietag kündigte die Wahl quadratischer Standardzellen an, Softpack-Batterie erlitt einen Rückschlag.

Die Beurteilung der technischen Route muss aus der Sicht des Systems/Gesamtfahrzeugs beurteilt werden und die Vor- und Nachteile einzelner Zellen können nicht auf das System übertragen werden.Eine hohe Energiedichte der Zelle ist nicht dasselbe wie eine hohe Energiedichte des Systems.Die Energiedichte von Softpack-Zellen ist hoch, aber das Gewicht der Strukturteile von Softpack-Batterien auf Systemebene ist viel höher als das von Hartschalenbatterien, sodass der Unterschied in der Energiedichte auf Systemebene nicht signifikant ist.Eine gute Zellsicherheit ist nicht gleichbedeutend mit einer guten Batteriesystemsicherheit.Der Wärmeableitungspfad, der Befestigungsstatus und die Hochspannungsverbindung der Zellen im Batteriepack wirken sich auf den Schutzeffekt vor thermischem Durchgehen aus. Softpack-Batterien bieten auf Zellebene eine bessere Sicherheitsleistung als Hartschalenbatterien, der Schutz auf Systemebene ist jedoch ebenfalls sehr schwierig und kostspielig, und insgesamt ergibt sich kein wesentlicher Vorteil.

Der Herstellungsprozess für zylindrische Batterien ist der einfachste und effizienteste der drei Verpackungsmethoden. Zu den Hauptproduktionsprozessen gehören: Dosieren, Beschichten, Laminieren, Stanzen, Wickeln, Schweißen und andere Prozesse.

Die Schwierigkeiten im Produktionsprozess von 4680 All-Ear-Zellen sind:

• Stanzen: Beim Beschichten der Allohrzelle mit Polen wird am Rand der Kollektorflüssigkeit ein leerer Folienbereich freigehalten. Nach dem Rollenpressen und Schlitzen wird der leere Folienbereich am Rand des Kollektors in mehrere Laschen geschnitten und anschließend aufgewickelt. Bei lasergeschnittenen Polschuhen treten folgende Probleme auf: (i) das Polstück neigt beim Schneiden zum Zittern; (ii) das Problem, dass der Schrott nach dem Schneiden nicht effektiv entsorgt werden kann; und (iii) die Länge und Anzahl der Stanzungen sind viel höher als bei herkömmlichen Polschuhen.

• Kneten: Im Herstellungsprozess der zylindrischen 4680-Batterie muss der gesamte Ansatz des Batteriekerns geknetet und dann mit der Polplatte verschweißt werden, nachdem der Abschnitt des Batteriekerns flach ist. Es gibt viele Schwierigkeiten beim Knetvorgang: ① wenn die Knetgeschwindigkeit zu hoch ist, fällt das Polstück aus ② wenn die Knetgeschwindigkeit zu langsam ist, ist die Produktionseffizienz niedrig ③ wenn die Knetstufe mehr Metallspäne erzeugt, Dies führt zu einem internen Kurzschluss. ④ Abwurf von stromführendem Material und anderen Problemen. ⑤ Durch Reibung entsteht viel Staub. ⑥ Es entstehen Stollenfalten.

• Schweißen: Beim Schweißen von 4680-Akku-Kabelschuhen erhöht sich durch die Erhöhung der Anzahl der Kabelschuhe das Schweißvolumen. Der mittlere Prozess des Kernschweißens umfasst im Allgemeinen das Laschenschweißen (einschließlich Vorschweißen), das Punktschweißen des Polgürtels, das Vorschweißen des Kerns in die Schale, das Dichtungsschweißen der oberen Hüllenabdeckung, das Dichtungsschweißen der Flüssigkeitseinspritzöffnung, usw. Der Schweißumfang und die Zeit nehmen zu, die vollständige Polöse und die Kollektorflüssigkeit haben nur einen begrenzten Leerraum, es kommt zu einem Wärmestaueffekt, der sich auf die Konsistenz auswirkt, und der Schweißprozess ist anfällig für Wärmestau.

• Stanzen: Durch die Schlitzmaschine werden die gefrästen Polrollen entsprechend dem tatsächlichen Bedarf auf die für die Zellproduktion erforderliche Breite geschlitzt. 4680-Zellen werden durch Schneiden der Laschen direkt auf der leeren Folie geformt, was höhere Anforderungen an die Laserschneidgenauigkeit, -geschwindigkeit und -qualität für Hochgeschwindigkeits-Produktionsanlagen stellt.

  
  

4680 All-Ear-Akku-Teilelösung:

• Stanzen: Stanzen der positiven und negativen Volllaschen in mehrere Parallelogramm-Laschenmonolithe, wodurch nicht nur verhindert werden kann, dass sich die Lasche während des Knetvorgangs herausdreht, sondern auch die Innenwand des Batteriegehäuses beim Zusammenbau mit dem Batteriegehäuse nicht zerkratzt wird; und kann die Entstehung von Metallspänen reduzieren, um Kurzschlüsse zu vermeiden; Gleichzeitig kann diese Parallelogrammstruktur den Walzendruck beim Kneten effektiv reduzieren, wodurch das Ablösen von aktivem Material vermieden und die Ausbeute erheblich verbessert wird.

• Kneten: Der Knetvorgang variiert stark von Hersteller zu Hersteller, und das Patent CN11356039A zeigt, dass die Knethülse auf die Außenhülse des Vollpolschuhs aufgebracht wird. Der Abflachungskopf nähert sich der Abflachungshülse, während er sich dreht, und nachdem er die Abflachungshülse berührt hat, dreht er sich direkt auf der Abflachungshülse und treibt die elastische Verformung der Abflachungshülse an, um die Drehkraft auf den vollständigen Ansatz zu übertragen und die Abflachung abzuschließen. Da der Abflachungskopf nicht mehr direkt mit der Vollnase in Kontakt kommt, kann effektiv verhindert werden, dass die Vollnase teilweise zerdrückt wird, wodurch die Auswirkungen auf die Produktqualität beseitigt und die Ausbeute besser verbessert werden. Das Patent zeigt Folgendes: Beim Ultraschallkneten wird die Endfläche des Kerns mit Ultraschallwellen vorbehandelt und anschließend mechanisch geknetet. Das Ultraschallkneten umfasst einen Ultraschallknetkopf, der an beiden Enden des Kerns angebracht ist, und der Ultraschallknetkopf hat eine Nut, und die beiden Enden des Kerns werden in die Nut des entsprechenden Ultraschallknetkopfes eingeführt. Der Kern wird in die Ultraschall-Kneteinheit transportiert, und der Ultraschall-Knetkopf vibriert und knetet die beiden Enden des Kerns, um einen Abflachungseffekt zu erzielen und die Kompaktheit der Kernenden als Vorbereitung für das anschließende mechanische Kneten zu verbessern. Der mechanische Knetkopf ist ein Keramikknetkopf. Der mechanische Knetkopf dreht sich und drückt den Kern zusammen, um ihn zu glätten. Das Patent CN213878154U entscheidet sich dafür, nach dem Beschichten Isoliermaterial auf den Randrohling aufzutragen, und das Isoliermaterial befindet sich auf der gleichen Ebene wie das aktive Material, sodass der Kollektor nach dem Wickeln eine vollständige Ebene bildet, ohne dass ein Kneten erforderlich ist.

• Schweißen: Das Schweißen von Mastösen erfolgt derzeit meist mit einem Laser. Präzise Anpassung von Schweißgeschwindigkeit, Schweißtiefe, Schweißbreite und anderen Vorteilen zur Anpassung an das Schweißen verschiedener Materialien und Produkte, um präzises Schweißen, zuverlässigere Qualität und ein gepflegtes Erscheinungsbild zu erzielen.

Es wird erwartet, dass die oben genannten Probleme gelindert werden. Wir glauben, dass 4680 den Anstieg des Spaltenanteils beschleunigen wird:

1) Steigerung des Qualitätsangebots: Liberalisierung der weißen Liste, Billionen führender Eintrag. Am 21. Juni 2019 wurden die „Spezifikationsbedingungen für Automobilbatterien“ offiziell aufgehoben, was bedeutet, dass der chinesische Markt für Energiebatterien offiziell für ausländische Batterieunternehmen geöffnet ist. LG, Panasonic usw. können hochwertige zylindrische Batterien für den chinesischen Markt liefern. Das inländische Unternehmen Ningde Time und YIWI Li-Energy haben bereits in die Forschung und Entwicklung von 4680-Zylinderbatterien investiert. Zu den Unternehmen, die ihr Engagement für die Forschung und Entwicklung von 4680-Batterien öffentlich zum Ausdruck gebracht haben, gehören: Tesla, LG, Samsung, SDI, CATL und YIWI Li-Energy , usw.

2) Geringere Anzahl an Batterien, geringere Integrationsschwierigkeiten: Tesla verwendet jetzt 4416 21700 Batterien und wird in Zukunft 960 4680 Batterien verwenden, sodass die Schwelle der Systemintegration deutlich gesenkt wird.

3) Erhöhte Kapazität und geringere Kostenlücke: Die Kapazität von 4680-Zylinderbatterien ist fünfmal höher als die von 21700-Batterien, kombiniert mit hoher Produktionseffizienz und hoher Ausbeute von Zylinderbatterien, höherem Nickelgehalt des Kathodenmaterials und mehr Siliziumkathoden, den Kosten Der Abstand zwischen 4680-Batterien und quadratischen Batterien wird verringert.

4) BMW stellt als Erster auf zylindrische Batterien um: Im Batteriesystem von BMW Gen6 werden zylindrische Zellen zum Einsatz kommen. Als CATL-Bohrer hatte sich BMW standhaft für den Weg der quadratischen Batterietechnologie entschieden und übernimmt nun die Führung und wechselt auf den Weg der zylindrischen Batterietechnologie, was sicherlich tiefgreifende Auswirkungen auf andere Automobilhersteller haben wird.