4680がやってくる
伝言を残す
2020 Teslaバッテリーデーリリース4680セル。パナソニック、LG、サムスン、EVA、寧徳時などの電池企業が研究開発に投資している。 4680はテスラの主力バッテリーセルとなり、関連産業チェーンの発展を促進すると予想されている。 4680は大型円筒形、全極ラグ、乾式電極などの新技術を採用し、エネルギー（2170バッテリーの5倍）とパワー（2170バッテリーの6倍）が大幅に向上しました。さらに、バッテリーのコストを削減し（2170バッテリーと比較して14％）、放熱性能、生産効率、充電速度、エネルギー密度、サイクル性能などを最適化します。
フルラグにより内部抵抗が大幅に低減され、電力、安全性、高速充電性能が向上し、必要なレーザー切断プロセスが 2 倍になります。従来のバッテリーには、プラス端子用とマイナス端子用の 2 つのラグしかありません。 4680 バッテリーにはフル ラグ (プラス/マイナス端子から直接切り取られたラグ) があり、電流経路が大幅に増加し、ラグの間隔が短くなります。これにより、内部抵抗が大幅に減少し、乗算器の種類が増加します。ラグの数が従来のデザインよりもはるかに多いため、より多くのレーザー切断プロセスが必要になります。
4680 の利点:
4680 大型シリンダーは高ニッケルへの適応性が高く、高ニッケル産業チェーンの発展を刺激します。リチウム鉄材料は低価格で安全性能が高く、三元系材料の市場シェアを奪い続けています。大型の円筒形電池は高ニッケルにより適応性が高く、テスラは高ニッケル NCM811 正極材料を採用しており、これが高いニッケル市場シェアの拡大に貢献しています。
4680 大型円筒形とシリコン陰極の優れた適応性: シリコン陰極の理論上の最大バッテリー容量は最大 4200Wh/kg で、グラファイトの 372Wh/kg よりもはるかに高くなります。テスラの第一世代 4680 セルは、テスラがバッテリーセルの分野に初めて進出したため、あまり過激な設計を使用していないため、シリコンカソードを使用していません。
1. 円筒形電池開発の歴史を振り返る
ソニー：最も初期の発明者であったが、最終的には業界から撤退した。 1992 年にリチウムイオン電池が発明され、超高エネルギー密度が導入されると、従来のニッケル水素電池は打ち砕かれました。 1994 年、ソニーは最大のラップトップ メーカー、デルのバッテリー サプライヤーになりました。 2006 年のデルのラップトップ火災に関する会議で、ソニーは 1,000 万個のバッテリーをリコールしました。そして、韓国と中国のバッテリーメーカーの台頭により、ソニーは損失の泥沼にはまっています。 2016年にリチウム事業を売却。
パナソニック：テスラとの相互成果。 1994年にリチウムイオン電池の研究開発、1997年にパナソニック製円筒形18650電池を使用したトヨタ・プリウス、2008年に三洋電機を買収し、テスラ・ローダーに供給。 2010 年の動力電池の変革とテスラのシェア、2014 年の米国工場、およびテスラの相互成果。
LG:テスラは最高の瞬間を迎えています。 1999年に18650バッテリーが量産されましたが、テスラのサプライチェーンに参入したのは2019年になってからでした。
SDI:大企業と中小企業。 1999年に発売された量産業界最大容量の1.8Ahバッテリーは、かつてはノートPC市場で圧倒的な地位を占めていたが、パワーバッテリーでは躊躇していた。
2. 角型電池開発の歴史を振り返る
SDI:かつての有力な角型電池。 1999年に角型電源バッテリーを開発し、2009年にBMW電源バッテリーのサプライヤーとなり、2016年には中国のホワイトリスト政策により欧州レイアウトに転換し、同社の収益に占めるリチウム電池事業の割合は比較的低かった。
猫:補助金政策の最大の受益者、兆リーダーの台頭。 2011年BMWと提携し、パワーバッテリーに特化して独立。 2014年は補助金政策により出荷量が急増し、高エネルギー密度三元材料の研究開発に注力した。 2016 年のホワイトリスト政策と補助金政策により、高エネルギー密度材料の出荷が増加する傾向にあります。
BYD:同社は1995年に設立され、1997年に携帯電話用バッテリーの出荷量で世界第4位、2003年に自動車分野に参入、2006年に純粋電気自動車F3eを開発、2009年に純粋電気バスを量産し、純粋電気乗用車e6を量産した。 2010 年には補助金政策の恩恵を受け、中国のリーダーになりました。 2016年の補助金政策は三元材料を採用する傾向があり、BYDは電池を供給していない。 2016年は補助金政策で三元系材料が優遇され、BYDが電池を供給していないため出荷量は減少しているが、2020年にはブレード電池やDMIモデルが発売され、シェアは引き続き上昇するとみられる。
3. ソフトパックバッテリー開発の歴史を振り返る
AESC:初期の王。マンガン酸リチウム技術路線に注力し、2007年に設立。 2010 年には AESC のクラシックな日産リーフ市場が導入され、バッテリー安全事故ゼロという年間品質の高いストーリーが生まれました。{2} 2017年にはマンガン酸リチウムの優位性がなくなり、AESCはリーフの独占サプライヤーではなくなり、2019年にビジョンが買収した。
LG:ソフトパックバッテリーセットマスター。 LG は、携帯電話のバッテリーで長年の実績を積んだ後、2009 年にパワーバッテリー市場に参入しました。ヒュンダイ ハイブリッドの最初のモデル、2010 年にシボレー ボルトをサポート、2017 年にシボレー ボルトとボルトの販売台数が 50,{4}} 台を超え、2018 年と VW の協力による MEB 開発により、LG ソフトパック バッテリーは全盛期を迎えました。 2021年ヒュンダイとGMはバッテリーの安全性問題でリコール、フォルクスワーゲンバッテリーデーでは角型標準セルの選択を発表、ソフトパックバッテリーは後退した。
技術的ルートの判断はシステム/車両全体の観点から評価する必要があり、個々のセルの長所と短所をシステムに当てはめることはできません。セルのエネルギー密度が高いことは、システムのエネルギー密度が高いことと同じではありません。ソフトパックセルのエネルギー密度は高いですが、システムレベルでのソフトパックバッテリーの構造部品の重量はハードシェルバッテリーよりもはるかに大きいため、システムレベルでのエネルギー密度の差はそれほど大きくありません。セルの安全性が良好であることは、バッテリー システムの安全性が良好であることと同じではありません。熱暴走保護効果は、バッテリーパック内のセルの放熱経路、締結状態、高電圧接続などに影響されます。ソフトパックバッテリーは、セルレベルではハードシェルバッテリーより安全性能が優れていますが、システムレベルの保護も非常に難しくコストがかかるため、全体としては大きな利点はありません。
円筒形電池の製造プロセスは、3 つのパッケージング方法の中で最も単純かつ効率的です。主な製造プロセスには、注入、コーティング、ラミネート、ダイカット、巻き取り、溶接、その他のプロセスが含まれます。
4680 個の全耳セルの製造プロセスにおける困難は次のとおりです。
ダイカット: 全耳セルがポールでコーティングされると、コレクター流体の端に空のフォイル領域が確保されます。ロールプレスとスリットの後、コレクターの端にある空のフォイル領域が複数のラグに切断され、巻き取られます。レーザー切断されたポールラグには次の問題があります。(i) 切断時にポールピースがジッターする傾向があります。 (ii) 切断後のスクラップの排出がうまくできないという問題。 (iii) ダイカットの長さと数は、従来のポールラグよりもはるかに長くなります。
混練: 4680 円筒形電池の製造プロセスでは、電池コアのラグ全体を混練し、電池コアの断面を平らにした後、極板と溶接する必要があります。混練工程には、①混練速度が速すぎるとポールピースが崩れる、②混練速度が遅すぎると生産効率が低い、③混練レベルが高くなると金属片が多くなる、など多くの困難があります。 ④ 活物質の脱落やその他の問題が発生する。 ⑤ 摩擦により大量の塵が発生する。 ⑥ ラグに折れが生じる。
溶接: 4680 バッテリー ラグの溶接では、ラグの数が増加するため、溶接量が増加します。コア溶接の途中工程には、ラグ溶接（仮溶接を含む）、ポールベルトのスポット溶接、シェルへのコアの仮溶接、シェルトップカバーのシール溶接、注液口のシール溶接、溶接周長と時間が増加し、全極ラグとコレクタ流体の空白スペースが限られ、熱蓄積の影響があり、一貫性に影響があり、溶接プロセスでは熱が蓄積しやすくなります。
ダイカット: スリット機を通して、フライス加工されたポールロールを実際の需要に応じてセル生産に必要な幅にスリットします。 4680 セルは、空のフォイル上にラグを直接切断することによって形成されます。これにより、高速生産装置のレーザー切断の精度、速度、品質に対するより高い要件が求められます。
4680 全耳バッテリー部品ソリューション:
ダイカット: 正極と負極のフルラグを複数の平行四辺形ラグモノリスにダイカットします。これにより、混練プロセス中にラグが外れるのを防ぐだけでなく、バッテリーシェルと組み立てるときにバッテリーシェルの内壁に傷を付けることができません。金属片の発生を減らして短絡を回避できます。同時に、この平行四辺形の構造により、混練時のローラー圧力を効果的に低減できるため、活物質の脱落が回避され、歩留まりが大幅に向上します。
混練: 混練プロセスはメーカーによって大きく異なりますが、特許 CN11356039A では、混練スリーブが全極ラグの外側スリーブに適用されることが示されています。平坦化ヘッドは回転しながら平坦化スリーブに近づき、平坦化スリーブに接触した後、平坦化スリーブ上で直接回転し、平坦化スリーブの弾性変形を駆動して回転力をラグ全体に伝達して平坦化を完了します。平坦化ヘッドがラグ全体に直接接触しなくなるため、ラグ全体の部分的な潰れを効果的に防ぐことができ、製品の品質への影響がなくなり、歩留まりが向上します。この特許には、超音波混練ではコアの端面を超音波で前処理した後、機械的に混練を行うことが記載されています。超音波混練は、コアの両端に設置された超音波混練ヘッドを含み、超音波混練ヘッドは溝を有し、コアの両端が対応する超音波混練ヘッドの溝に挿入される。コアは超音波混練ユニットに搬送され、超音波混練ヘッドがコアの両端を振動させて混練し、平坦化効果を達成し、次の機械的混練に備えてコア端の緻密性を向上させます。メカニカルニーディングヘッドはセラミックニーディングヘッドです。機械式混練ヘッドが回転し、芯を押しつぶして平らにします。 CN213878154U特許では、コーティング後のエッジブランクに絶縁材料を塗布することを選択しており、絶縁材料は活物質と同じレベルにあるため、巻回後に集電体は混練の必要なく完全な平面を形成します。
溶接: ポールラグの溶接は現在、通常レーザーで行われます。溶接速度、溶接深さ、溶接幅などの正確な調整により、さまざまな材料や製品の溶接に適応し、正確な溶接、より信頼性の高い品質、きれいな外観を実現します。
上記の問題は軽減されることが期待されており、4680 によりカラムシェアの増加が加速すると考えられます。
1) 高品質の供給の増加: ホワイトリストの自由化、1 兆件の大手参入。 2019年6月21日、「自動車用動力電池業界仕様条件」が正式に撤廃され、中国の動力電池市場が外国電池企業に正式に開放され、LG、パナソニックなどが中国市場に高品質の円筒型電池を提供できるようになった。国内の寧徳時間と YIWI Li-energy はすでに 4680 円筒型電池の研究開発に投資しており、4680 電池の研究開発へのコミットメントを公に表明している企業には、Tesla、LG、Samsung、SDI、CATL、YIWI Li-energy が含まれます。 、など。
2) バッテリーの数が少なく、統合の難易度が低い: Tesla は現在 4416 21700 個のバッテリーを使用しており、将来的には 960 4680 個のバッテリーを使用するため、システム統合の敷居は大幅に低くなります。
3) 容量の増加とコストギャップの削減: 4680 円筒形電池の容量は 21700 電池の 5 倍であり、円筒形電池の高い生産効率と高収率、正極材料のニッケル含有量の増加とシリコン正極の増加により、コストが低くなります。 4680 電池と角形電池とのギャップが減少します。
4) BMW は初めて円筒形バッテリーに切り替えました: BMW 第 6 世代のバッテリー システムには円筒形セルが使用されます。 CATLのライバルとして角型電池技術路線を断固として選択してきたBMWは、率先して円筒型電池技術路線への転換を図っており、これは他の自動車会社に大きな影響を与えることは間違いない。
