BYD'nin blade aküsünden Honeycomb Energy'nin kobaltsız aküsüne ve ardından CATL döneminin sodyum iyon aküsüne kadar, güç aküsü endüstrisi sürekli yenilikleri deneyimledi.23 Eylül 2020 - Tesla Pil Günü, Tesla CEO'su Elon Musk dünyaya yeni bir pili gösterdi: 4680 pil.
Daha önce silindirik lityum pillerin boyutları esas olarak 18650 ve 21700 idi ve 21700, 18650'den %50 daha fazla enerjiye sahipti.4680 pil, 21700 pilin beş katı hücre kapasitesine sahiptir ve yeni pil, kilovat saat başına maliyeti yaklaşık %14 oranında azaltabilir ve seyir menzilini %16 oranında artırabilir.
Musk açıkça bu pilin 25.000 dolarlık bir elektrikli arabayı mümkün kılacağını belirtti.
Peki bu tehditkar batarya nereden geldi?Daha sonra bunları tek tek analiz ediyoruz.
1. 4680 pil nedir?
Tesla'nın güç pillerini adlandırma yöntemi çok basit ve anlaşılır.4680 pil, adından da anlaşılacağı gibi tek hücre çapı 46 mm, yüksekliği 80 mm olan silindirik bir pildir.
Üç farklı boyutta lityum iyon silindirik pil
Resimden de anlaşılacağı üzere Tesla'nın orijinal 18650 bataryası ve 21700 bataryası ile karşılaştırıldığında 4680 bataryası uzun ve güçlü bir adama benziyor.
Ancak 4680 pil sadece boyut değişikliği değil, Tesla performansı artırmak için birçok yeni teknolojiyi bünyesine kattı.
İkincisi, 4680 pilin yeni teknolojisi
1. Elektrotsuz kulak tasarımı
Sezgisel olarak 4680'in en büyük hissi daha büyük olmasıdır.Peki neden diğer üreticiler geçmişte pili daha büyük hale getirmediler?Bunun nedeni hacim büyüdükçe ve enerji arttıkça ısının kontrol edilmesinin zorlaşması ve yanma ve patlamadan kaynaklanan güvenlik tehdidinin de artmasıdır.
Görünüşe göre Tesla da bunu dikkate almış.
Önceki silindirik batarya ile karşılaştırıldığında 4680 bataryanın en büyük yapısal yeniliği, tam pabuç olarak da bilinen elektrotsuz pabuçtur.Geleneksel silindirik bir aküde pozitif ve negatif bakır folyolar ve alüminyum folyo ayırıcı istiflenir ve sarılır.Elektrotları dışarı çekmek için bakır folyo ve alüminyum folyonun iki ucuna tırnak adı verilen bir kurşun tel kaynak yapılır.
Geleneksel 1860 pilin sarım uzunluğu 800 mm'dir.Daha iyi iletkenliğe sahip bakır folyoyu örnek alırsak, elektriği bakır folyodan dışarı yönlendiren tırnakların uzunluğu 800 mm'dir, bu da 800 mm uzunluğundaki telden geçen akıma eşdeğerdir.
Hesaplamayla direnç yaklaşık 20 mΩ, 2170 pilin sarım uzunluğu yaklaşık 1000 mm ve direnç yaklaşık 23 mΩ'dur.Aynı kalınlıktaki filmin 4680 bataryaya sarılması gerektiği ve sarma uzunluğunun yaklaşık 3800 mm olduğu kolayca dönüştürülebilir.
Sargı uzunluğunu arttırmanın birçok dezavantajı vardır.Elektronların pilin her iki ucundaki tırnaklara ulaşmak için daha uzun bir mesafe kat etmesi gerekir, direnç artacak ve pil ısınmaya daha yatkın hale gelecektir.Pilin performansı düşecek ve hatta güvenlik sorunları yaratacaktır.Elektronların kat ettiği mesafeyi kısaltmak için 4680 pil, elektrotsuz kulak teknolojisini kullanıyor.
Elektrotsuz sekmenin tırnakları yoktur, ancak tüm akım toplayıcıyı bir tırnağa dönüştürür, iletken yol artık tırnağa bağlı değildir ve akım, tırnak boyunca yanal iletimden toplayıcı plakaya, uzunlamasına iletime aktarılır. şu anki koleksiyoncu.
1860 veya 2170 bakır folyo uzunluğunun tamamı 800 ila 1000 mm'den 80 mm'ye (pil yüksekliği) değiştirildi.Direnç 2mΩ'a düşürülür ve dahili direnç tüketimi 2W'tan 0,2W'a düşürülür, bu da doğrudan büyüklük sırasına göre azaltılır.
Bu tasarım pilin empedansını büyük ölçüde azaltır ve silindirik pilin ısınma problemini çözer.
Elektrotsuz kulak teknolojisi bir yandan akım iletim alanını arttırır, akım iletim mesafesini kısaltır ve pilin iç direncini büyük ölçüde azaltır;iç direncin azaltılması mevcut ofset olayını azaltabilir ve pil ömrünü uzatabilir;direncin azaltılması aynı zamanda ısı üretimini de azaltabilir ve elektrot iletken kaplama, katman ile pil uç kapağı arasındaki etkili temas alanı % 100'e ulaşabilir, bu da ısı dağıtma kapasitesini artırabilir.
4680 pil, hücre yapısı açısından maliyetleri azaltabilen ve verimliliği artırabilen yeni tip elektrotsuz kulak teknolojisini benimser.Öte yandan tırnakların kaynak işlemi ortadan kaldırılarak üretim verimliliği artırılır ve aynı zamanda kaynaktan kaynaklanan kusur oranı azaltılabilir.
Tek kutuplu ve tam kutuplu yapının şematik diyagramı
2. CTC teknolojisiyle birleştirilmiştir
Genel olarak konuşursak, akü boyutu ne kadar büyük olursa, aynı araca o kadar az akü takılması gerekir.18650 hücreli bir Tesla'nın 7100 hücreye ihtiyacı vardır.4680 pil kullanıyorsanız yalnızca 900 pil gerekir.
Aküler ne kadar az olursa, montajı o kadar hızlı olur, verim o kadar yüksek olur, ara bağlantılarda sorun çıkma olasılığı o kadar az olur ve fiyat da o kadar ucuz olur.Tesla'ya göre büyük 4680, pillerin üretim fiyatını %14 oranında düşürebilir.
Pil paketinin enerji yoğunluğunu artırmak amacıyla 4680 pil, CTC (Hücreden Şasiye) teknolojisiyle birleştirilecek.Pil hücrelerinin doğrudan şasiye entegre edilmesidir.Modüllerin ve akü paketlerinin tamamen çıkarılmasıyla akü hücreleri daha kompakt hale gelecek, akü parçalarının sayısı büyük ölçüde azalacak ve kasanın alan kullanımı da büyük ölçüde iyileştirilecektir.
CTC'nin pilin yapısal gücü konusunda belirli gereksinimleri vardır.Pilin kendisi çok fazla mekanik dayanıma sahip olmalıdır.18650 ve 2170 pillerle karşılaştırıldığında, 4680 tekli pil daha büyük bir yapısal dayanıma ve daha yüksek yapısal dayanıklılığa sahiptir ve genel kare kabuklu pil, alüminyum bir kabuktur.4680 kabuk paslanmaz çelikten yapılmıştır ve doğal yapısal sağlamlık garanti edilir.
Kare kabuklu batarya ile karşılaştırıldığında, silindirik bataryanın yerleşimi daha esnek olacak, çeşitli farklı şasilere uyum sağlayabilecek ve saha ile daha iyi bir şekilde birleştirilebilecektir.
“EMF”nin araştırma ve değerlendirmesine göre CTC teknolojisi, 2022 yılında yeni enerji araçlarının tüyeri ve aynı zamanda bir yol ayrımıdır.
Akünün gövdeye entegrasyonu aracın bakımını son derece karmaşık hale getirebilir ve akünün bağımsız olarak değiştirilmesi zordur.Satış sonrası hizmet fiyatları artacak ve bu maliyetler sigorta maliyetleri gibi doğrudan tüketicilere yansıyacaktır.Musk, kesilip değiştirilebilen tamir rayları tasarladıklarını iddia etse de ne kadar işe yarayacağını görmek zaman alacak.
Birçok otomobil şirketi kendi CTC teknik çözümlerini önerdi çünkü bu sadece aküyü yeniden düzenlemekle kalmıyor, aynı zamanda gövde yapısını da değiştirmesi gerekiyor.Bu, ilgili endüstrilerin tedarik zincirinde yeniden işbölümüyle ilgilidir.
CTC sadece teknik bir yoldur.Entegre, değişmeden sökülebilen bir pil gövdesidir.Bunun karşısında başka bir teknoloji daha var; pil değiştirme.Pil değiştirme teknolojisinin sökülmesi kolaydır ancak pil, pil gücüne büyük katkı sağlar.Bu iki rotanın nasıl seçileceği, akü tedarikçileri ile OEM'ler arasındaki bir oyundur.
4680 pil ile birleştirilmiş CTC teknolojisi
3. Pil üretim sürecinde, katot ve anot malzemelerinde yenilik
Tesla, kuru pil elektrot işlemini kullanacak; bir solvent kullanmak yerine, az miktarda (yaklaşık %5-8) ince toz haline getirilmiş PTFE bağlayıcı, pozitif/negatif elektrot tozu ile karıştırılarak ince bir şerit oluşturmak üzere bir ekstruderden geçirilecek. elektrot malzemesi ve daha sonra elektrot malzemesinin bir şeridi, bitmiş elektrotu oluşturmak için metal bir folyo akım toplayıcıya lamine edildi.
Bu şekilde üretilen pil daha çevre dostudur.Ve bu işlem pilin enerji yoğunluğunu artıracak ve üretimin enerji tüketimini 10 kat azaltacak.Kuru elektrot teknolojisinin gelecek nesil için teknolojik referans olması muhtemeldir.
Tesla 4680 pil kuru elektrot teknolojisi
Katot malzemeleri açısından Tesla, katottaki kobalt elementini de çıkaracağını söyledi.Kobalt pahalı ve kıttır.Dünyada yalnızca çok az ülkede ya da Kongo gibi istikrarsız Afrika ülkelerinde çıkarılabilmektedir.Eğer pil gerçekten kobalt elementini kaldırabiliyorsa bunun büyük bir teknolojik yenilik olduğu söylenebilir.
Kobalt
Anot malzemeleri açısından Tesla, silikon malzemelerle başlayacak ve şu anda kullanılan grafitin yerine daha fazla silikon kullanacak.Silikon bazlı negatif elektrotun teorik spesifik kapasitesi, grafit negatif elektrottan on kat daha yüksek olan 4200 mAh/g kadar yüksektir.Ancak silikon bazlı negatif elektrotların silikonun kolay hacim genleşmesi, zayıf elektrik iletkenliği ve büyük başlangıç şarj-deşarj kaybı gibi sorunları da vardır.
Bu nedenle, malzemelerin performansının iyileştirilmesi aslında enerji yoğunluğu ve kararlılık arasında bir denge bulmaktır ve mevcut silikon bazlı anot ürünleri, kompozit kullanım için silikon ve grafit ile katkılıdır.
Tesla, silikon yüzeyinin şekillendirilebilirliğini temelden değiştirerek kırılmaya daha az eğilimli hale getirmeyi planlıyor; bu teknoloji yalnızca pillerin daha hızlı şarj edilmesini sağlamakla kalmıyor, aynı zamanda pil ömrünü yüzde 20 artırıyor.Tesla, yeni malzemeye "Tesla Silikon" adını verdi ve maliyeti 1,2 $/KWh olup, bu mevcut yapılandırılmış silikon işleminin yalnızca onda biri kadardır.
Silikon bazlı anotlar, yeni nesil lityum pil anot malzemeleri olarak kabul edilmektedir.
Piyasadaki birkaç modelde silikon bazlı anot malzemeleri kullanılmaya başlandı.Tesla Model 3 gibi modeller zaten negatif elektrotta az miktarda silikon içeriyor.Yakın zamanda GAC AION LX Plus modeli piyasaya sürüldü.Qianli versiyonu, 1.000 kilometre pil ömrüne ulaşabilen sünger silikon anot çip pil teknolojisiyle donatılmıştır.
4680 pil silikon anot
4680 pil teknolojisinin avantajlarını özetlemek gerekirse, maliyetleri düşürürken performansı artırabilmesidir.
3. 4680 pilin geniş kapsamlı etkisi
4680 pil, yıkıcı bir teknolojik devrim değil, enerji yoğunluğunda bir atılım değil, daha ziyade proses teknolojisinde bir yeniliktir.
Ancak Tesla'nın öncülüğünde yeni enerji piyasasının mevcut düzenine göre 4680 pilin üretilmesi mevcut pil modelini değiştirecek.Sektör kaçınılmaz olarak büyük hacimli silindirik pil dalgasını tetikleyecek.
Gelen haberlere göre Panasonic, Tesla için 4680 adet büyük kapasiteli pilin seri üretimine 2023 yılı başlarında başlamayı planlıyor.Yeni yatırım 80 milyar yen (yaklaşık 704 milyon ABD doları) kadar yüksek olacak.Samsung SDI ve LG Energy de 4680 pilin geliştirilmesine katıldı.
Yurt içinde Yiwei Lithium Energy, yan kuruluşu Yiwei Power'ın Jingmen Yüksek Teknoloji Bölgesi'nde binek araçlar için 20 GWh büyük silindirik pil üretim hattı kurmayı planladığını duyurdu.BAK Akü ve Petek Enerji, büyük silindirik akü alanına da girecek.BMW ve CATL de aktif olarak büyük silindirik pilleri kullanıyor ve temel model belirlendi.
Pil Üreticilerinin Silindirik Pil Düzeni
Dördüncüsü, elektromotor kuvvetin söyleyecek bir şeyi var
Büyük silindirik pilin yapısal yeniliği şüphesiz güç pili endüstrisinin gelişimini teşvik edecektir.5. aküden 1. aküye geçmek o kadar basit değil.Onun şişman vücudunun harika soruları var.
Akünün maliyeti tüm aracın maliyetinin %40'ına yakındır.Pilin “kalp” olarak önemi ortadadır.Ancak yeni enerji araçlarının popülerleşmesiyle birlikte akülere olan talep her geçen gün artmakta ve malzemelerin fiyatları da yükselmektedir.Pillerin yeniliği, otomobil şirketlerinin gelişmesinin önemli bir yolu haline geldi.
Pille ilgili teknolojilerin gelişmesiyle birlikte uygun fiyatlı elektrikli araçlar çok yakında!
Gönderim zamanı: Haziran-13-2022