造势半年的特斯拉电池日带来了哪些黑科技?
“4860”电池首次亮相
电芯设计:无极耳电?
在过去的几年里,特斯拉与松下一起完成了一项创新,即将18650电池升级为21700电池。在升级的过程中,电池的能量密度提高了50%左右,续航能力也有了很大的提升。这次特斯拉带来了46800电池和无极耳电池。
无尽耳电?
在当前的电池结构中,电流必须流过接线片到达电池单元外部的连接器。但是,当电流必须总是沿着阴极或阳极流到耳朵,流出电芯时,电阻也会随着距离的增加而增加。另外,拉环是一个额外的零件,增加了制造成本。与传统的电池结构相比,无极电池的制造工艺将更加简单,电阻将进一步降低。当然最大的好处是不仅可以提升续航16%,还可以降低成本14%。
没有耳片,生产效率会更高,电池可以更大。这种新电池的直径为46mm,高度为80mm,单个电池的容量是以前的5倍。特斯拉工程师通过“激光图案化”电池中现有的箔片,形成了电池的带状螺旋。这种结构将电路径的长度缩短了50毫米,从而减少了离子传导的距离。这种结构有利于电池的散热和能量损耗。通过改变电池形状设计,每千瓦时成本可降低14%。
4860电?
阴极材料:减少钴的使用。
在新电池中,正极材料部门将淘汰钴的使用,转而依赖镍。这样做的好处是可以降低成本12%。其实这并不难理解。从金属的角度来看,镍的能量密度最高,成本最低,所以应该越来越多地使用镍来代替钴。它们的作用是使电池结构有足够的稳定性。钴可以做到这一点,镍也可以。
在储能方面,在特斯拉的车辆中,主要乘用车可以使用锂铁电池、2/3镍和1/3锰,高镍电池可以用于对质量敏感的皮卡和卡车。为了降低成本,特斯拉还准备在美国建立阴极材料工厂,可以降低80%的运输成本。此外,特斯拉还将布局上游资源和电池回收,进一步降低成本。如果这些都实现了,在这个环节可以降低成本12%。
关于阴极材料:硅阴极
在负极技术方面,高能量密度动力电池一直面临负极材料体积变化的问题,可能导致负极材料颗粒破碎、绝缘层扩散、SEI膜变薄等隐患,每一个都会影响电池的寿命和性能,而这些问题在硅基负极上更加明显。
为了解决这些问题,特斯拉通过整合离子导电高分子化合物形成了高强度的分子网络,并生产出了更稳定的阳极材料。马斯克表示,特斯拉使用了非常有弹性的材料来抑制硅基阳极材料的膨胀,达到提高电池寿命20%的目的。在此基础上,阳极生产成本可达1.2美元/千瓦时,在此过程中成本可降低5%。
车载电池集成:减重10%?耐力提升14%
据马斯克透露,特斯拉未来还将推进汽车车身一体化设计。在整车集成方面,特斯拉采用了去模块化的设计,将减少370多个电池组件。在新的电池组设计中,采用了更好的粘合方式,使电池结构更加紧凑。电池与车身更好的结合可以使电池组的重量减少10%,这可能导致续航能力增加14%。在这个环节,特斯拉可以降低7%的成本。
电池工厂和产能
以上我们简单介绍了全新电池的黑科技,功能强大,但是特斯拉要完全生产出来才能实现开头说的结果。但是,特斯拉在这方面真的不是一句空话。是2019收购的?麦斯威尔拥有深厚的技术积累和众多专利技术。据说新电池已经在工厂生产了,一年的产能可以达到10 GWh。特斯拉还说只需要?1?一条新生产线,设计产能高达?20GWh,并能提供7倍的生产线产量。
电池厂
此外,生产出来的电池需要充满电后才能装车发货。特斯拉还设计了全新的充电设施,号称能降低86%?排队成本的75%?碳足迹。感谢所有这些设施,新的增长线的输出是过去(2018?年份?gigafactory)?6.6?次,在同一时间每?GWh?生产成本能降低吗?75%,每?GWh?只有碳足迹?1/10。我们把范围放大到10年后,特斯拉的计划是什么?2022?2008年达成?100GWh?电池容量,2030?2008年达成?3TWh,这个野心绝不是一般人能有的。
对于特斯拉这次发布的电池新技术,我们也找到了业内主流电池研发的工程师进行咨询。从电池技术的专业角度来看,46800电池颠覆了目前锂电池的设计,融合了锂电池和超级电容两者的优点。此外,取消了传统的tab设计。随着内阻的降低,电池的发热量也会降低,电池的安全性能会再次提高。但圆柱形电池对pack分组技术要求很高,这是特斯拉将要面临的重要考验。
对于特斯拉最新的电池技术能否复制的问题,工程师的回答相对保守。他表示,任何厂商都不应该在短时间内复制和模仿特斯拉的电池方案,因为特斯拉的电池方案有其特殊性,可能适用于自己的产品,但短时间内很难适用于其他产品。至于特斯拉的电池方案是否会改变现有动力电池技术的方向,这位工程师表示,目前很难说。
纵观整个特斯拉电池日,特斯拉提出了全新的电池解决方案,即从电池设计、正/负极材料、电池工厂乃至整车集成的全流程降低电池生产成本,进一步提升电池性能。据相关数据统计,经过一系列电池技术创新,特斯拉动力电池的成本将控制在100美元/千瓦时左右,而相比其他动力电池厂商,松下动力电池目前的成本约为11美元/千瓦时,LG化学电池的成本约为148美元/千瓦时。
当电池的成本降低时,随之而来的是价格更低的全新型号。在电池日,埃隆·马斯克(elon musk)还宣布,一款售价约2.5万美元的全新车型将于2022年量产。新车将搭载最新的电池技术,但在新车量产前,特斯拉需要解决新电池的容量问题。
总结:
对于本次特斯拉电池日,硅谷钢铁侠埃隆马斯克(elon musk)不仅提出了最新的纯电动汽车电池解决方案,还加速了动力电池工厂的技术创新。汽车厂商作为曾经的供应商,在逐步进入零部件研发领域后,会加速自身技术的研发和转化。相信在此之后,纯电动汽车的动力电池技术将迎来新一轮的技术革新浪潮。
不过,马斯克也表示,本次电池日活动中展示的部分技术仅接近可用状态,但仍无法大规模生产。特斯拉在加州建立了一个实验工厂,解决现有的技术问题。最后,我们用马斯克的一句话来结束今天的话题:“为了未来的可持续发展,我们参与电池生产。过去,我们建造目前的工厂和设备,是为了制造最好的汽车。现在,为了生产电池,我们也会做同样的事情。”
本文来自车家作者汽车之家,不代表汽车之家立场。