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【原创】特斯拉电池日5大“黑科技”
特斯拉 文章来源自:高工锂电网
2020-09-24 09:05:47 阅读:9703
摘要特斯拉发布的电池技术主要体现在电化学体系创新、电芯设计和PACK结构优化以及生产制造工艺革新三大方面。

千呼万唤始出来,特斯拉终于在其“电池日”上公布了其最新的电池创新技术。

9月23日凌晨,特斯拉股东大会及“电池日”活动正式举行。在大会上,围绕动力电池降成本,特斯拉从电芯、材料、模组、产线等几大方面进行优化,最终使其电池续航能力提高54%,度电成本下降56%。

为实现降成本目标,特斯拉计划建设超级电池工厂将上述电池技术商业化,未来10年内实现3TWh的年产能。同时也将增加对现有电池供应商的采购,以避免出现电池供应短缺。

 

总体来看,此次特斯拉发布的电池技术主要体现在电化学体系创新、电芯设计和PACK结构优化以及生产制造工艺革新三大方面。

1、“无极耳”、4680电芯 降本14%

与此前将电芯尺寸从18650升级至21700一样,特斯拉上发布了直径46mm、长80mm的全新“4680”型电池,单体电芯较2170容量增加5倍、续航提升16%、输出功率提升6倍。

除了做大电芯尺寸之外,特斯拉还计划采用无极耳设计,电池两端不再有凸起的极耳,使电池流通距离更短,内阻大幅减小,产热更少,生产效率更高。

这项被特斯拉尤为推崇的“无极耳”技术实际上也可称为“全极耳”技术。

传统的圆柱电池采用焊接极耳作为集流体,特斯拉的思路是通过激光极耳切割设备在铜箔和铝箔上切出极耳,实现正负极集流体与盖板/壳体直接连接。好处是可成倍增大电流传导面积、缩短电流传导距离,从而大幅降低电池内阻,减少发热量延长电池寿命,并提高充放电峰值功率。

事实上,这种方式已经在方壳电池上已经成熟应用,圆柱电池由于封装形式不同,极耳的形状和方壳电池有所区别,此前普遍采用焊接极耳的方式。

特斯拉表示,该电池将在加州弗里蒙特工厂量产,通过上述设计可将度电成本降低14%。

2、导入硅负极 降本5%

在负极材料方面,特斯拉导入硅负极替代原来的碳基材料,用覆膜材料先给硅涂膜抑制膨胀,通过原材料重新设计提升电池续航20%,度电成本降低5%。

3、高镍去钴化 降本12%

在正极材料方面,特斯拉宣布将消除钴,进一步提高镍的含量,通过更换正极材料可降低12%的度电成本。

具体来看,特斯拉主要分三步走:一是在正极中导入铁材料,提升电池循环寿命,应用在部分乘用车车型上,主打性价比;

二是使用镍锰材料,比如三分之二的镍和三分之一的锰,主要应用于主要的乘用车和储能;

三是真正意义上的高镍材料,应用于能源密集型车型(Cybertruck/Semi)中。

为此,特斯拉将在美国建立正极材料工厂以减少80%的运输成本,同时布局上游资源和末端电池回收,进一步降低正极材料成本。

4、结构创新推CTC 降本7%

除了电芯尺寸增大之外,特斯拉也在PACK结构方面进行了优化,进一步降低电池成本。

特斯拉表示,未来会推动汽车车身一体化结构设计即CTC技术。新的电池包设计中将把电池直接内置在汽车结构中,这种装配工艺在保持容量不变的情况下,能够省掉370个车身零部件,减轻10%的车身重量,续航增加14%,从而降低度电成本7%。

5、干电极工艺技术 降本18%

在电芯制造工艺方面,特斯拉将采用干电极工艺及连续性加工降低成本,可降低18%的度电成本。

  

具体而言,特斯拉在电极设计方面进行创新,传统电极制作是粉状的正负极先进行湿法处理,溶剂可以循环。特斯拉则通过干电极技术将其压实,粉状材料压成膜。该方法可以实现10倍的工序简化以降低电池制造成本。

6、大规模量产计划

同时,特斯拉还将改造产线,通过连续性的加工和组装使得1条组装线的产能达到20Gwh,单线产能提升7倍。而定型工艺中,通过电子工序减少75%的复杂工序,减少80%的成本。

特斯拉还提出了产能建设目标,在2022年将电池产能达到100GWh,2030年达到3TWh。

值得注意的是,尽管上述技术的降本效果显著,但还无法快速实现商业化。马斯克称,此次发布会上展示的部分技术只是“接近可用”,但是目前仍然无法大规模生产。

马斯克此前在媒体上表示,电池日上宣布的产品要到2022年才会实现大规模量产。这意味着其宣传已久的电池技术又一次出现“跳票”。

与此同时,此前特斯拉高调宣称使用寿命是普通电池包寿命2-3倍的“百万英里”电池,也没有出现在发布会上。

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