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        什么是4680電池,4680電池優點和缺點是什么?

        2022-06-27 05:17:22



        一、什么是4680電池?

        4680電池為圓柱型,直徑為4.6cm、長度為8.0cm。4680電池與主流方形電池不同。特斯拉4680電池目前采用的是三元鋰電池技術路線,不排除后續會推出磷酸鐵鋰電池,4680電池直徑是現行產品搭載于特斯拉Model3等車型的21700電池的2倍以上,且電池容量擴大至約5倍;內部還采用了無極耳設計,有助于降低內阻,減少發熱,從而為車輛帶來更優秀的能耗表現以及充電性能。新的電池包采用無模組設計,大約有960個(40x24)電池組成,相比上千個21700電池組成的電池包要少很多,因為4680電池的能量密度提升了5倍,達到了300Wh/kg,2010年起,松下開始量產18650型原型電池,用于車載動力電池,供應特斯拉;2016年量產21700圓柱電池。2022年松下將量產4680圓柱電池,有消息稱,該電池最快將于3月底搭載在特斯拉全新ModelY車型上。

        二、4680電池與主流電池有什么不同?

        4680電池在負極材料上與主流電池也有所不同,主流以石墨為主,4680電池使用的是硅基負極,該材料特性是比容量高,但存在硅易體積膨脹、導電性差、首次充放電損耗大等問題。為了在能量密度和穩定性之間找到平衡點,目前的做法是將硅和石墨混合使用。

        4680在工藝上,正負極添加了PVDF涂層,采用更多的鋁箔和銅箔來保護電極材料,導電性更靈敏。而無極耳設計,把原來正極負極連接處的膠減掉了,降本增效,焊接上采用激光技術。

        松下4680電池

        三、4680電池有什么優點和缺點?

        4680電池的優點:

        1、提升續航里程,提升能量密度

        (1)、正負極材料優化提升能量密度,采用硅碳負極技術,石墨負極理論最大電池容量372Wh/kg,硅負極理論最大電池容量可達4200Wh/kg。負極摻雜一定量的硅材料就可以提升負極的能量密度。

        (2)、第一次采用干電極技術,增加電池能量密度,濕電極技術在有溶劑的情況下,鋰與混有鋰金屬的碳不能很好的彼此融合,有第一次循環容量損失問題,干電池技術會大大改善這種問題,從而提升電池能量密度。4680電池同時增加了正極材料厚度,從55μm提升至60μm,進一步提升活躍電極材料比,使能量密度提升5%同時,保證功率密度。

        (3)、封裝帶來系統能量密度提升,4680電池尺寸增大,電池組中單個電池數量相應減少,所需金屬外殼占比減少,電池系統中正極、負極等材料占比增加,可以提高系統能量密度。

        2、降低成本

        (1)、降低結構成本,電池組中電池數量減少,所需金屬外殼占比減少,能夠降低結構成本。

        (2)、降低制造成本,4680電池成本比2170成本低17%。干電極工藝簡單,由于不采用溶劑,省去了昂貴的涂覆機。在正負極片制備中,將活躍的正負極顆粒與聚四氟乙烯(PTFE)混合使其纖維化成粉末,再搟磨成薄膜壓到鋁箔或者銅箔上,制備過程徹底跳過加入溶液步驟,可省略繁復的涂覆,烘干等工藝,大幅簡化生產流程,生產速度也提升至以前的七倍,大幅提升生產效率。

        3、有利于開發CTC(cell to chassis)底盤

        4680采用大尺寸電池殼體,電池的機械機構強度更大,而電池組中數量更少、強度更大、安全性更高的單位電池可以與底盤一體化制造,減免后期維護,更有利于整車設計中的底盤布置方案。

        4、提升安全性

        圓柱電池與片狀電池不同,其散熱為軸向居多,熱量從極耳處散出。傳統圓柱電池如2170只有兩個極耳,熱量傳輸通道窄,因此散熱效果不好。4680電池極耳面積大大增加,熱量傳輸通道寬闊,大大改善了散熱效果(發熱量只有傳統圓柱電池的20%),增強了電池的熱穩定性。

        5、降低熱管理難度

        (1)、BMS(電池管理)系統可以更簡便,電池組中單個電池數量減少,對電池SOC(電量)的檢測及平衡更簡單。

        (2)、降低熱管理難度,更小的電池發熱量,更少的電池數量,可以降低熱管理系統的散熱功率,采用更精簡的系統,降低匹配難度。理論上也可以降低熱管理系統的成本。

        6、提升充電功率

        全極耳技術提升了輸出功率:由于電池電流通路變寬,且內阻大幅減少,內部損耗隨之降低,進而大幅提升了電池功率(電池功率是2170電池的6倍)。

        4680電池缺點:

        1、缺點是無法確定是否會出現電池內部散熱難度增大、電芯膨脹、導致電池壽命縮短的問題。

        2、4680電池的優勢多多,但在生產方面依然有如下難點,一是極耳焊接技術的難度大,高良率控制有門檻。二是干電極工藝難度有門檻。



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