ตั้งแต่แบตเตอรี่เบลดของ BYD ไปจนถึงแบตเตอรี่ไร้โคบอลต์ของ Honeycomb Energy และแบตเตอรี่โซเดียมไอออนแห่งยุค CATL อุตสาหกรรมแบตเตอรี่พลังงานมีประสบการณ์ด้านนวัตกรรมอย่างต่อเนื่อง23 กันยายน 2020 - วันแบตเตอรี่ของ Tesla Elon Musk ซีอีโอของ Tesla แสดงให้โลกเห็นถึงแบตเตอรี่ใหม่ - แบตเตอรี่ 4680
ก่อนหน้านี้ ขนาดของแบตเตอรี่ลิเธียมทรงกระบอกส่วนใหญ่เป็น 18650 และ 21700 และ 21700 มีพลังงานมากกว่า 18650 ถึง 50%แบตเตอรี่ 4680 มีความจุเซลล์มากกว่าแบตเตอรี่ 21700 ถึงห้าเท่า และแบตเตอรี่ใหม่สามารถลดต้นทุนต่อกิโลวัตต์-ชั่วโมงได้ประมาณ 14% และเพิ่มระยะการล่องเรือได้ 16%
Musk กล่าวอย่างตรงไปตรงมาว่าแบตเตอรี่นี้จะทำให้รถยนต์ไฟฟ้าราคา 25,000 ดอลลาร์เป็นไปได้
แล้วแบตเตอรี่ที่น่ากลัวนี้มาจากไหน?ต่อไปเราจะวิเคราะห์ทีละรายการ
1. แบตเตอรี่ 4680 คืออะไร?
วิธีการตั้งชื่อแบตเตอรี่พลังงานของ Tesla นั้นเรียบง่ายและตรงไปตรงมามากตามชื่อแบตเตอรี่ 4680 เป็นแบตเตอรี่ทรงกระบอกที่มีเส้นผ่านศูนย์กลางเซลล์เดียว 46 มม. และสูง 80 มม.
แบตเตอรี่ลิเธียมไอออนทรงกระบอกสามขนาดที่แตกต่างกัน
ดังที่เห็นจากภาพเมื่อเปรียบเทียบกับแบตเตอรี่ 18650 และแบตเตอรี่ 21700 ดั้งเดิมของ Tesla แบตเตอรี่ 4680 ดูเหมือนคนสูงและแข็งแรง
แต่แบตเตอรี่ 4680 ไม่ใช่แค่การเปลี่ยนแปลงขนาดเท่านั้น Tesla ได้รวมเอาเทคโนโลยีใหม่ ๆ มากมายเพื่อปรับปรุงประสิทธิภาพ
ประการที่สองเทคโนโลยีใหม่ของแบตเตอรี่ 4680
1. การออกแบบหูแบบไม่ใช้ไฟฟ้า
โดยสังหรณ์ใจ ความรู้สึกที่ยิ่งใหญ่ที่สุดของ 4680 ก็คือมันใหญ่กว่าแล้วเหตุใดผู้ผลิตรายอื่นจึงไม่ทำให้แบตเตอรี่มีขนาดใหญ่ขึ้นในอดีตเนื่องจากยิ่งปริมาตรมากขึ้นและพลังงานสูงขึ้น ความร้อนก็จะควบคุมได้ยากขึ้น และภัยคุกคามด้านความปลอดภัยจากการเผาไหม้และการระเบิดก็จะมากขึ้นตามไปด้วย
เห็นได้ชัดว่า Tesla ได้คำนึงถึงเรื่องนี้ด้วยเช่นกัน
เมื่อเปรียบเทียบกับแบตเตอรี่ทรงกระบอกรุ่นก่อน นวัตกรรมด้านโครงสร้างที่ใหญ่ที่สุดของแบตเตอรี่ 4680 ก็คือตัวดึงแบบไม่ใช้ไฟฟ้า หรือที่เรียกว่าตัวดึงแบบเต็มในแบตเตอรี่ทรงกระบอกแบบดั้งเดิม ฟอยล์ทองแดงด้านบวกและด้านลบและตัวแยกฟอยล์อลูมิเนียมจะซ้อนกันและพันกันในการดึงอิเล็กโทรดออกมา ลวดตะกั่วที่เรียกว่าแท็บจะถูกเชื่อมเข้ากับปลายทั้งสองด้านของฟอยล์ทองแดงและอลูมิเนียมฟอยล์
ความยาวในการพันของแบตเตอรี่ 1860 แบบเดิมคือ 800 มม.ยกตัวอย่างฟอยล์ทองแดงที่มีค่าการนำไฟฟ้าที่ดีกว่า ความยาวของแท็บเพื่อนำไฟฟ้าออกจากฟอยล์ทองแดงคือ 800 มม. ซึ่งเทียบเท่ากับกระแสที่ไหลผ่านลวดยาว 800 มม.
โดยการคำนวณ ความต้านทานประมาณ 20mΩ ความยาวขดลวดของแบตเตอรี่ 2170 ประมาณ 1,000 มม. และความต้านทานประมาณ 23mΩสามารถแปลงได้อย่างง่ายดายโดยต้องรีดฟิล์มที่มีความหนาเท่ากันลงในแบตเตอรี่ 4680 และความยาวม้วนจะอยู่ที่ประมาณ 3800 มม.
มีข้อเสียหลายประการในการเพิ่มความยาวที่คดเคี้ยวอิเล็กตรอนจำเป็นต้องเดินทางเป็นระยะทางไกลกว่าเพื่อไปถึงแถบที่ปลายทั้งสองข้างของแบตเตอรี่ ความต้านทานจะเพิ่มขึ้น และแบตเตอรี่จะมีแนวโน้มที่จะเกิดความร้อนมากขึ้นประสิทธิภาพของแบตเตอรี่จะลดลงและยังสร้างปัญหาด้านความปลอดภัยอีกด้วยเพื่อลดระยะทางที่อิเล็กตรอนเดินทางให้สั้นลง แบตเตอรี่ 4680 ใช้เทคโนโลยีหูแบบไม่ใช้ไฟฟ้า
แท็บแบบไม่มีขั้วไฟฟ้าไม่มีแท็บ แต่จะเปลี่ยนตัวสะสมกระแสไฟฟ้าทั้งหมดให้เป็นแท็บ เส้นทางที่เป็นสื่อกระแสไฟฟ้าไม่ขึ้นอยู่กับแท็บอีกต่อไป และกระแสจะถูกถ่ายโอนจากการส่งผ่านด้านข้างไปตามแท็บไปยังแผ่นตัวรวบรวมไปยังการส่งผ่านตามยาวของ นักสะสมปัจจุบัน
ความยาวสื่อกระแสไฟฟ้าทั้งหมดเปลี่ยนจาก 800 เป็น 1,000 มม. ของความยาวฟอยล์ทองแดง 1860 หรือ 2170 เป็น 80 มม. (ความสูงของแบตเตอรี่)ความต้านทานลดลงเหลือ 2mΩ และการสิ้นเปลืองความต้านทานภายในลดลงจาก 2W เป็น 0.2W ซึ่งลดลงโดยตรงตามลำดับความสำคัญ
การออกแบบนี้ช่วยลดความต้านทานของแบตเตอรี่ได้อย่างมาก และแก้ปัญหาความร้อนของแบตเตอรี่ทรงกระบอก
ในด้านหนึ่ง เทคโนโลยีหูแบบไม่มีขั้วไฟฟ้าจะเพิ่มพื้นที่การนำกระแสไฟฟ้า ลดระยะการนำกระแสไฟฟ้าให้สั้นลง และลดความต้านทานภายในของแบตเตอรี่ได้อย่างมากการลดความต้านทานภายในสามารถลดปรากฏการณ์ออฟเซ็ตปัจจุบันและยืดอายุแบตเตอรี่ได้การลดลงของความต้านทานยังช่วยลดการสร้างความร้อนและการเคลือบตัวนำไฟฟ้าของอิเล็กโทรด พื้นที่สัมผัสที่มีประสิทธิภาพระหว่างชั้นและฝาท้ายแบตเตอรี่สามารถเข้าถึง 100% ซึ่งสามารถปรับปรุงความสามารถในการกระจายความร้อนได้
แบตเตอรี่ 4680 ใช้เทคโนโลยีหูแบบไม่ใช้ขั้วไฟฟ้ารูปแบบใหม่ในแง่ของโครงสร้างเซลล์ ซึ่งสามารถลดต้นทุนและเพิ่มประสิทธิภาพได้ในทางกลับกัน กระบวนการเชื่อมของแท็บจะถูกละเว้น ประสิทธิภาพการผลิตได้รับการปรับปรุง และอัตราข้อบกพร่องที่เกิดจากการเชื่อมสามารถลดลงได้ในเวลาเดียวกัน
แผนผังของโครงสร้างโมโนโพลและโครงสร้างเต็มขั้ว
2. ผสมผสานกับเทคโนโลยี CTC
โดยทั่วไป ยิ่งแบตเตอรี่มีขนาดใหญ่เท่าใด จำเป็นต้องติดตั้งแบตเตอรี่ในรถคันเดียวกันน้อยลงเท่านั้นด้วยเซลล์ 18650 เซลล์ Tesla ต้องการเซลล์ 7100หากคุณใช้แบตเตอรี่ 4680 คุณจะต้องใช้แบตเตอรี่ 900 เท่านั้น
ยิ่งแบตเตอรี่น้อยลงเท่าไรก็ยิ่งประกอบได้เร็วยิ่งขึ้น ประสิทธิภาพก็จะสูงขึ้น โอกาสที่จะเกิดปัญหาในข้อต่อกลางก็น้อยลง และราคาก็ถูกกว่าด้วยจากข้อมูลของ Tesla พบว่า 4680 ขนาดใหญ่สามารถลดราคาการผลิตแบตเตอรี่ลงได้ 14%
เพื่อปรับปรุงความหนาแน่นของพลังงานของชุดแบตเตอรี่ แบตเตอรี่ 4680 จะรวมกับเทคโนโลยี CTC (เซลล์ถึงแชสซี)เป็นการบูรณาการเซลล์แบตเตอรี่เข้ากับแชสซีโดยตรงด้วยการถอดโมดูลและชุดแบตเตอรี่ออกทั้งหมด เซลล์แบตเตอรี่จะมีขนาดกะทัดรัดมากขึ้น จำนวนชิ้นส่วนแบตเตอรี่จะลดลงอย่างมาก และการใช้พื้นที่ของแชสซีก็จะได้รับการปรับปรุงอย่างมากเช่นกัน
CTC มีข้อกำหนดบางประการเกี่ยวกับความแข็งแรงของโครงสร้างของแบตเตอรี่ตัวแบตเตอรี่เองจะต้องมีความแข็งแรงเชิงกลมากเมื่อเทียบกับแบตเตอรี่ 18650 และ 2170 แบตเตอรี่เดี่ยว 4680 มีความแข็งแรงของโครงสร้างที่ใหญ่กว่าและมีความแข็งแรงของโครงสร้างที่สูงกว่า และแบตเตอรี่เปลือกสี่เหลี่ยมทั่วไปเป็นเปลือกอลูมิเนียมเปลือก 4680 ทำจากสแตนเลส และรับประกันความแข็งแรงของโครงสร้างโดยธรรมชาติ
เมื่อเปรียบเทียบกับแบตเตอรี่ทรงสี่เหลี่ยม รูปแบบของแบตเตอรี่ทรงกระบอกจะมีความยืดหยุ่นมากกว่า สามารถปรับให้เข้ากับแชสซีต่างๆ ได้หลากหลาย และสามารถใช้ร่วมกับไซต์งานได้ดีกว่า
จากการวิจัยและการตัดสินของ "EMF" เทคโนโลยี CTC ถือเป็นจุดเริ่มต้นของยานยนต์พลังงานใหม่ในปี 2022 และยังเป็นทางแยกบนถนนอีกด้วย
การรวมแบตเตอรี่เข้ากับตัวถังทำให้การบำรุงรักษารถยนต์มีความซับซ้อนอย่างมาก และการเปลี่ยนแบตเตอรี่แยกกันทำได้ยากราคาบริการหลังการขายจะเพิ่มขึ้น และต้นทุนเหล่านี้จะถูกส่งต่อไปยังผู้บริโภคโดยตรง เช่น ค่าประกันภัยแม้ว่า Musk จะอ้างว่าพวกเขาได้ออกแบบรางซ่อมที่สามารถตัดและเปลี่ยนได้ แต่ก็ต้องใช้เวลาพอสมควรเพื่อดูว่าจะทำงานได้ดีเพียงใด
บริษัทรถยนต์หลายแห่งเสนอวิธีแก้ปัญหาทางเทคนิคของ CTC ของตนเอง เนื่องจากไม่เพียงแต่จัดเรียงแบตเตอรี่ใหม่ แต่ยังจำเป็นต้องเปลี่ยนโครงสร้างตัวถังด้วยซึ่งเกี่ยวข้องกับการแบ่งแยกแรงงานในห่วงโซ่อุปทานของอุตสาหกรรมที่เกี่ยวข้อง
CTC เป็นเพียงเส้นทางทางเทคนิคเป็นตัวแบตเตอรี่ที่ผสานรวมและถอดแยกชิ้นส่วนได้โดยไม่มีการเปลี่ยนแปลงมีเทคโนโลยีอื่นอยู่ตรงข้าม - การเปลี่ยนแบตเตอรี่เทคโนโลยีการสลับแบตเตอรี่นั้นง่ายต่อการถอดแยกชิ้นส่วน แต่แบตเตอรี่มีส่วนช่วยอย่างมากต่อความแข็งแกร่งของแบตเตอรี่วิธีการเลือกทั้งสองเส้นทางนี้เป็นเกมระหว่างซัพพลายเออร์แบตเตอรี่และ OEM
เทคโนโลยี CTC ผสมผสานกับแบตเตอรี่ 4680
3. นวัตกรรมกระบวนการผลิตแบตเตอรี่ วัสดุแคโทด และแอโนด
Tesla จะใช้กระบวนการอิเล็กโทรดแบตเตอรี่แห้ง แทนที่จะใช้ตัวทำละลาย สารยึดเกาะ PTFE ที่เป็นผงละเอียดจำนวนเล็กน้อย (ประมาณ 5-8%) จะถูกผสมกับผงอิเล็กโทรดขั้วบวก/ลบ แล้วผ่านเครื่องอัดรีดเพื่อสร้างแถบบางๆ ของ วัสดุอิเล็กโทรด จากนั้น แถบวัสดุอิเล็กโทรดถูกเคลือบเข้ากับตัวสะสมกระแสฟอยล์โลหะเพื่อสร้างอิเล็กโทรดที่เสร็จแล้ว
แบตเตอรี่ที่ผลิตในลักษณะนี้เป็นมิตรกับสิ่งแวดล้อมมากขึ้นและกระบวนการนี้จะเพิ่มความหนาแน่นของพลังงานของแบตเตอรี่และลดการใช้พลังงานในการผลิตลง 10 เท่าเทคโนโลยีอิเล็กโทรดแบบแห้งมีแนวโน้มที่จะกลายเป็นเกณฑ์มาตรฐานทางเทคโนโลยีสำหรับคนรุ่นต่อไป
เทคโนโลยีอิเล็กโทรดแห้งของแบตเตอรี่ Tesla 4680
ในแง่ของวัสดุแคโทด Tesla กล่าวว่าจะกำจัดองค์ประกอบโคบอลต์ในแคโทดด้วยโคบอลต์มีราคาแพงและหายากสามารถขุดได้เพียงไม่กี่ประเทศในโลกหรือในประเทศในแอฟริกาที่ไม่มั่นคงเช่นคองโกหากแบตเตอรี่สามารถกำจัดองค์ประกอบโคบอลต์ได้จริงๆ ก็อาจกล่าวได้ว่าเป็นนวัตกรรมทางเทคโนโลยีที่สำคัญ
โคบอลต์
ในแง่ของวัสดุแอโนด Tesla จะเริ่มต้นด้วยวัสดุซิลิกอนและใช้ซิลิคอนมากขึ้นเพื่อทดแทนกราไฟท์ที่ใช้อยู่ในปัจจุบันความจุเฉพาะทางทฤษฎีของอิเล็กโทรดลบที่ใช้ซิลิกอนสูงถึง 4200mAh/g ซึ่งสูงกว่าอิเล็กโทรดลบกราไฟท์ถึงสิบเท่าอย่างไรก็ตาม อิเล็กโทรดขั้วลบที่ใช้ซิลิกอนยังมีปัญหา เช่น การขยายตัวของปริมาตรของซิลิกอนได้ง่าย ค่าการนำไฟฟ้าต่ำ และการสูญเสียประจุเริ่มต้นจำนวนมาก
ดังนั้น การปรับปรุงประสิทธิภาพของวัสดุจริงๆ จึงเป็นการค้นหาความสมดุลระหว่างความหนาแน่นของพลังงานและความเสถียร และผลิตภัณฑ์แอโนดที่ใช้ซิลิกอนในปัจจุบันจะถูกเจือด้วยซิลิคอนและกราไฟท์เพื่อใช้ในคอมโพสิต
Tesla วางแผนที่จะเปลี่ยนพื้นฐานความอ่อนตัวของพื้นผิวซิลิกอนเพื่อลดโอกาสที่จะแตกหัก ซึ่งเป็นเทคโนโลยีที่ไม่เพียงแต่ช่วยให้แบตเตอรี่ชาร์จเร็วขึ้นเท่านั้น แต่ยังช่วยยืดอายุการใช้งานแบตเตอรี่อีก 20 เปอร์เซ็นต์อีกด้วยTesla ตั้งชื่อวัสดุใหม่ว่า "Tesla Silicon" และมีราคาอยู่ที่ 1.2 เหรียญสหรัฐฯ/KWh ซึ่งเป็นเพียงหนึ่งในสิบของกระบวนการโครงสร้างซิลิคอนที่มีอยู่ในปัจจุบัน
แอโนดที่ใช้ซิลิคอนถือเป็นวัสดุแอโนดของแบตเตอรี่ลิเธียมรุ่นต่อไป
มีบางรุ่นในตลาดเริ่มใช้วัสดุแอโนดที่ใช้ซิลิคอนโมเดลอย่าง Tesla Model 3 ได้รวมซิลิคอนจำนวนเล็กน้อยไว้ในขั้วลบแล้วล่าสุดมีการเปิดตัวรุ่น GAC AION LX Plusรุ่น Qianli มาพร้อมกับเทคโนโลยีแบตเตอรี่ชิปแอโนดซิลิคอนฟองน้ำ ซึ่งสามารถใช้งานแบตเตอรี่ได้ 1,000 กิโลเมตร
ขั้วบวกซิลิคอนแบตเตอรี่ 4680
สรุปข้อดีของเทคโนโลยีแบตเตอรี่ 4680 คือสามารถปรับปรุงประสิทธิภาพในขณะที่ลดต้นทุนได้
3. ผลกระทบที่กว้างขวางของแบตเตอรี่ 4680
แบตเตอรี่ 4680 ไม่ใช่การปฏิวัติทางเทคโนโลยีที่ล้มล้าง ไม่ใช่ความก้าวหน้าในด้านความหนาแน่นของพลังงาน แต่เป็นนวัตกรรมด้านเทคโนโลยีกระบวนการมากกว่า
อย่างไรก็ตาม ด้วยแรงผลักดันของ Tesla สำหรับรูปแบบปัจจุบันของตลาดพลังงานใหม่ การผลิตแบตเตอรี่ 4680 ก้อนจะเปลี่ยนรูปแบบแบตเตอรี่ที่มีอยู่อุตสาหกรรมจะก่อให้เกิดคลื่นของแบตเตอรี่ทรงกระบอกปริมาณมากอย่างหลีกเลี่ยงไม่ได้
ตามรายงาน Panasonic วางแผนที่จะเริ่มการผลิตแบตเตอรี่ความจุสูงจำนวน 4,680 ก้อนให้กับ Tesla ในต้นปี 2566การลงทุนครั้งใหม่จะสูงถึง 8 หมื่นล้านเยน (ประมาณ 704 ล้านดอลลาร์สหรัฐ)Samsung SDI และ LG Energy ได้เข้าร่วมการพัฒนาแบตเตอรี่ 4680 ด้วยเช่นกัน
ในประเทศ Yiwei Lithium Energy ประกาศว่าบริษัทในเครือ Yiwei Power วางแผนที่จะสร้างสายการผลิตแบตเตอรี่ทรงกระบอกขนาดใหญ่ 20GWh สำหรับรถยนต์โดยสารในเขต Jingmen High-tech ZoneBAK Battery และ Honeycomb Energy จะเข้าสู่กลุ่มแบตเตอรี่ทรงกระบอกขนาดใหญ่ด้วยBMW และ CATL กำลังใช้งานแบตเตอรี่ทรงกระบอกขนาดใหญ่เช่นกัน และได้กำหนดรูปแบบพื้นฐานแล้ว
เค้าโครงแบตเตอรี่ทรงกระบอกของผู้ผลิตแบตเตอรี่
ประการที่สี่ แรงเคลื่อนไฟฟ้ามีบางอย่างที่จะพูด
นวัตกรรมโครงสร้างของแบตเตอรี่ทรงกระบอกขนาดใหญ่จะส่งเสริมการพัฒนาอุตสาหกรรมแบตเตอรี่พลังงานอย่างไม่ต้องสงสัยมันไม่ง่ายเหมือนการอัพเกรดจากแบตเตอรี่ก้อนที่ 5 เป็นแบตเตอรี่ก้อนที่ 1ตัวอ้วนของมันมีคำถามมากมาย
ค่าแบตเตอรี่เกือบ 40% ของราคารถทั้งหมดความสำคัญของแบตเตอรี่ในฐานะ “หัวใจ” นั้นชัดเจนในตัวเองอย่างไรก็ตาม ด้วยความนิยมของรถยนต์พลังงานใหม่ ความต้องการแบตเตอรี่จึงเพิ่มขึ้นทุกวัน และราคาของวัสดุก็เพิ่มสูงขึ้นนวัตกรรมของแบตเตอรี่ได้กลายเป็นแนวทางสำคัญสำหรับบริษัทรถยนต์ในการพัฒนา
ด้วยการพัฒนาเทคโนโลยีที่เกี่ยวข้องกับแบตเตอรี่ ยานพาหนะไฟฟ้าราคาไม่แพงอยู่ใกล้แค่เอื้อม!
เวลาโพสต์: 13 มิ.ย. 2022