特斯拉發布的電池技術主要體現在電化學體系創新、電芯設計和PACK結構優化以及生產制造工藝革新三大方面。
千呼萬喚始出來,特斯拉終于在其“電池日”上公布了其最新的電池創新技術。
9月23日凌晨,特斯拉股東大會及“電池日”活動正式舉行。在大會上,圍繞動力電池降成本,特斯拉從電芯、材料、模組、產線等幾大方面進行優化,最終使其電池續航能力提高54%,度電成本下降56%。
為實現降成本目標,特斯拉計劃建設超級電池工廠將上述電池技術商業化,未來10年內實現3TWh的年產能。同時也將增加對現有電池供應商的采購,以避免出現電池供應短缺。
總體來看,此次特斯拉發布的電池技術主要體現在電化學體系創新、電芯設計和PACK結構優化以及生產制造工藝革新三大方面。
1、“無極耳”、4680電芯 降本14%
與此前將電芯尺寸從18650升級至21700一樣,特斯拉上發布了直徑46mm、長80mm的全新“4680”型電池,單體電芯較2170能量密度增加50%、續航提升16%、輸出功率提升6倍。
除了做大電芯尺寸之外,特斯拉還計劃采用無極耳設計,電池兩端不再有凸起的極耳,使電池流通距離更短,內阻大幅減小,產熱更少,生產效率更高。
這項被特斯拉尤為推崇的“無極耳”技術實際上也可稱為“全極耳”技術。
傳統的圓柱電池采用焊接極耳作為集流體,特斯拉的思路是通過激光極耳切割設備在銅箔和鋁箔上切出極耳,實現正負極集流體與蓋板/殼體直接連接。好處是可成倍增大電流傳導面積、縮短電流傳導距離,從而大幅降低電池內阻,減少發熱量延長電池壽命,并提高充放電峰值功率。
事實上,這種方式已經在方殼電池上已經成熟應用,圓柱電池由于封裝形式不同,極耳的形狀和方殼電池有所區別,此前普遍采用焊接極耳的方式。
特斯拉表示,該電池將在加州弗里蒙特工廠量產,通過上述設計可將度電成本降低14%。
2、導入硅負極 降本5%
在負極材料方面,特斯拉導入硅負極替代原來的碳基材料,用覆膜材料先給硅涂膜抑制膨脹,通過原材料重新設計提升電池續航20%,度電成本降低5%。
3、高鎳去鈷化降本12%
在正極材料方面,特斯拉宣布將消除鈷,進一步提高鎳的含量,通過更換正極材料可降低12%的度電成本。
具體來看,特斯拉主要分三步走:一是在正極中導入鐵材料,提升電池循環壽命,應用在部分乘用車車型上,主打性價比;
二是使用鎳錳材料,比如三分之二的鎳和三分之一的錳,主要應用于主要的乘用車和儲能;
三是真正意義上的高鎳材料,應用于能源密集型車型(Cybertruck/Semi)中。
為此,特斯拉將在美國建立正極材料工廠以減少80%的運輸成本,同時布局上游資源和末端電池回收,進一步降低正極材料成本。
4、結構創新推CTC 降本7%
除了電芯尺寸增大之外,特斯拉也在PACK結構方面進行了優化,進一步降低電池成本。
特斯拉表示,未來會推動汽車車身一體化結構設計即CTC技術。新的電池包設計中將把電池直接內置在汽車結構中,這種裝配工藝在保持容量不變的情況下,能夠省掉370個車身零部件,減輕10%的車身重量,續航增加14%,從而降低度電成本7%。
5、干電極工藝技術降本18%
在電芯制造工藝方面,特斯拉將采用干電極工藝及連續性加工降低成本,可降低18%的度電成本。
具體而言,特斯拉在電極設計方面進行創新,傳統電極制作是粉狀的正負極先進行濕法處理,溶劑可以循環。特斯拉則通過干電極技術將其壓實,粉狀材料壓成膜。該方法可以實現10倍的工序簡化以降低電池制造成本。
6、大規模量產計劃
同時,特斯拉還將改造產線,通過連續性的加工和組裝使得1條組裝線的產能達到20Gwh,單線產能提升7倍。而定型工藝中,通過電子工序減少75%的復雜工序,減少80%的成本。
特斯拉還提出了產能建設目標,在2022年將電池產能達到100GWh,2030年達到3TWh。
值得注意的是,盡管上述技術的降本效果顯著,但還無法快速實現商業化。馬斯克稱,此次發布會上展示的部分技術只是“接近可用”,但是目前仍然無法大規模生產。
馬斯克此前在媒體上表示,電池日上宣布的產品要到2022年才會實現大規模量產。這意味著其宣傳已久的電池技術又一次出現“跳票”。
與此同時,此前特斯拉高調宣稱使用壽命是普通電池包壽命2-3倍的“百萬英里”電池,也沒有出現在發布會上。
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原文標題:【鐳煜科技?聚焦】特斯拉電池日5大“黑科技”
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