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什么是4680电池,4680电池优点和缺点是什么?

2022-06-27 05:17:22



一、什么是4680电池?

4680电池为圆柱型,直径为4.6cm、长度为8.0cm。4680电池与主流方形电池不同。特斯拉4680电池目前采用的是三元澳门新葡8455最新网站技术路线,不排除后续会推出磷酸铁澳门新葡8455最新网站,4680电池直径是现行产品搭载于特斯拉Model3等车型的21700电池的2倍以上,且电池容量扩大至约5倍;内部还采用了无极耳设计,有助于降低内阻,减少发热,从而为车辆带来更优秀的能耗表现以及充电性能。新的电池包采用无模组设计,大约有960个(40x24)电池组成,相比上千个21700电池组成的电池包要少很多,因为4680电池的能量密度提升了5倍,达到了300Wh/kg,2010年起,松下开始量产18650型原型电池,用于车载动力电池,供应特斯拉;2016年量产21700圆柱电池。2022年松下将量产4680圆柱电池,有消息称,该电池最快将于3月底搭载在特斯拉全新ModelY车型上。

二、4680电池与主流电池有什么不同?

4680电池在负极材料上与主流电池也有所不同,主流以石墨为主,4680电池使用的是硅基负极,该材料特性是比容量高,但存在硅易体积膨胀、导电性差、首次充放电损耗大等问题。为了在能量密度和稳定性之间找到平衡点,目前的做法是将硅和石墨混合使用。

4680在工艺上,正负极添加了PVDF涂层,采用更多的铝箔和铜箔来保护电极材料,导电性更灵敏。而无极耳设计,把原来正极负极连接处的胶减掉了,降本增效,焊接上采用激光技术。

松下4680电池

三、4680电池有什么优点和缺点?

4680电池的优点:

1、提升续航里程,提升能量密度

(1)、正负极材料优化提升能量密度,采用硅碳负极技术,石墨负极理论最大电池容量372Wh/kg,硅负极理论最大电池容量可达4200Wh/kg。负极掺杂一定量的硅材料就可以提升负极的能量密度。

(2)、第一次采用干电极技术,增加电池能量密度,湿电极技术在有溶剂的情况下,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。4680电池同时增加了正极材料厚度,从55μm提升至60μm,进一步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)、封装带来系统能量密度提升,4680电池尺寸增大,电池组中单个电池数量相应减少,所需金属外壳占比减少,电池系统中正极、负极等材料占比增加,可以提高系统能量密度。

2、降低成本

(1)、降低结构成本,电池组中电池数量减少,所需金属外壳占比减少,能够降低结构成本。

(2)、降低制造成本,4680电池成本比2170成本低17%。干电极工艺简单,由于不采用溶剂,省去了昂贵的涂覆机。在正负极片制备中,将活跃的正负极颗粒与聚四氟乙烯(PTFE)混合使其纤维化成粉末,再擀磨成薄膜压到铝箔或者铜箔上,制备过程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,生产速度也提升至以前的七倍,大幅提升生产效率。

3、有利于开发CTC(cell to chassis)底盘

4680采用大尺寸电池壳体,电池的机械机构强度更大,而电池组中数量更少、强度更大、安全性更高的单位电池可以与底盘一体化制造,减免后期维护,更有利于整车设计中的底盘布置方案。

4、提升安全性

圆柱电池与片状电池不同,其散热为轴向居多,热量从极耳处散出。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(发热量只有传统圆柱电池的20%),增强了电池的热稳定性。

5、降低热管理难度

(1)、BMS(电池管理)系统可以更简便,电池组中单个电池数量减少,对电池SOC(电量)的检测及平衡更简单。

(2)、降低热管理难度,更小的电池发热量,更少的电池数量,可以降低热管理系统的散热功率,采用更精简的系统,降低匹配难度。理论上也可以降低热管理系统的成本。

6、提升充电功率

全极耳技术提升了输出功率:由于电池电流通路变宽,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(电池功率是2170电池的6倍)。

4680电池缺点:

1、缺点是无法确定是否会出现电池内部散热难度增大、电芯膨胀、导致电池寿命缩短的问题。

2、4680电池的优势多多,但在生产方面依然有如下难点,一是极耳焊接技术的难度大,高良率控制有门槛。二是干电极工艺难度有门槛。



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