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最详细4680电芯拆解

来源:【拓尔德TRD】 4001com登录入口:2022-11-29 分享 加入收藏 关注:1229

4680电芯首先是由特斯拉提出,目前已经在特斯拉车型上有所应用。4680采用大圆柱+全极耳+干电极等全新技术,大幅提升了能量(5倍于2170电池)、功率(6倍于2170电池),降低了电池成本(14%于2170电池),优化了散热性能、生产效率、充电速度,能量密度、循环性能等。


? 全极耳大幅降低内阻、提升功率、安全性、快充性能,所需激光切割工序倍增:传统电池只有两个极耳,分别连接正极与负极,而4680电池实现了全极耳(直接从正极/负极上剪出极耳),从而大大增加了电流通路,并缩短了极耳间距,进而大幅降低内阻、提升倍率型。由于极耳数量远多于常规设计,所需激光切割工序倍增。

? 4680大圆柱与高镍的适配性更好,刺激高镍产业链发展。铁锂材料价格更低,安全性能更高,不断挤压三元材料市场份额。大圆柱电芯与高镍的适配性更好,特斯拉采用高镍NCM811正极材料,有助于提升高镍市场份额。

? 4680大圆柱与硅负极适配性更好:硅负极理论最大电池容量可达4200Wh/kg,远高于石墨的372Wh/kg,特斯拉第一代4680电芯未采用硅负极,预计是因为特斯拉首次涉足电芯领域,未采用非常激进的设计。

不同的4680设计存在差异性
? 特斯拉与国产4680电芯设计差异较大
? 特斯拉技术迭代周期很短,不同时期的4680电芯外观存在明显差异
? 第二代4680电芯负极盖板变化极大,可以清晰看见三道焊缝

圆柱焊接次数远高于方形电池
? 每个电芯至少需要正负极两次焊接,主流动力类普通方形电池
容量为100~200Ah,远高于4680电池的25~30Ah.
? 若4680电池渗透率提升,将带激光设备发展。

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正极集流盘
? 第一代特斯拉4680正极集流盘:共计6个花瓣,每个花瓣3长2
短共5条焊缝
? 国产4680集流盘:点状焊接,无花瓣形状
? 集流盘与全极耳的焊接是难点

正极全极耳
? 全极耳:拆解后严重受损

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第一代特斯拉4680电芯卷绕
? 黄色和绿色的是终止胶带
? 最外层包裹隔膜

国产4680电芯卷芯
? 未发现终止胶带,外圈多包裹一层蓝色绝缘膜
? 蓝色绝缘膜内部再包裹一层隔膜

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第一代特斯拉4680正极绝缘片特写
? 正极绝缘片覆盖整个电芯截面积
? 点评:全极耳所有电流最终汇集到正极极柱,热量集中在正极极柱位置,可能会影响快充性能

国产4680正极绝缘片特写
? 国产4680同样有绝缘片,但厚度明显低于特斯拉的设计

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集流体材料边缘特写
? 正极铝箔边缘极耳清晰可见,且紧密排列
? 负极铝箔边缘极耳清晰可见,且紧密排列
? 如此密集的小极耳将显著增加生产工艺的控制难度

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全极耳极片分析
? 卷芯中心为中空结构,造成卷芯最内侧并无极耳
? 卷芯最外侧小极耳与集流盘焊接难度增加,最外侧也无极耳
? 最内层和最外层的电流时先流向极片长度方向,然后再流向宽度方向
? 每个小极耳均需要2道激光切割

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国产4680电芯负极国产4680负极在手套箱中(氩气环境)呈现金色
? 手套箱中呈现金色
? 在空气中逐渐变为黑色

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全极耳揉平是重要工序,国产和特斯拉差异性极大


揉平:将卷芯的断面揉平整后再与极板焊接,①通过超声波震动直接压平;②通过旋转的揉平轮直接摩擦电池极耳平面。

难点:①揉平速度过快时,极片外翻;②揉平速度过慢时,生产效率低;③揉平时产生金属屑较多,导致内部短路;④活材料脱落等问题,⑤极耳产生褶皱等

解决方案:①在全极耳外套上揉平套,揉平头一边自转一边接近揉平套,由于揉平头不再直接接触全极耳,故能有效防止将去全极耳部分揉碎。②超声波揉
平对电芯的端面进行超声波的预处理揉平,然后进行机械揉平。③免揉平:在涂布之后再边缘空白处涂抹绝缘材料,绝缘材料与活性物质水平高度一致,使得卷绕后集流体形成完整平面;

资料来源:国家常识产权局官网,专利号CN113270693A、专利号CN213857825U、专利号CN113113735A、专利号CN113560369A、专利号CN112310574A

特斯拉全极耳采用吹气方案
? 中心有极耳
? 最外层没有极耳
? 可能用吹气结构实现极耳弯折
特斯拉采用吹气结构制备全极耳
国内传利采用机械结构制备全极耳

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圆柱电池生产流程
? 大致可以分为:外壳,正极绝缘片,正极集流盘,卷绕,负极集流盘,负极绝缘片,盖板
? 集流盘焊接后入壳、正极焊接,负极焊接,封口

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第一代特斯拉4680能量信息
? 电极尺寸:330*7.2cm
? 容量:26.136Ah
? 能量:96~99wh
? 重量:355g
? 能量密度:272~296wh/kg

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第一代特斯拉4680负极使用干电极
? 正极:未使用干电极技术
? 负极:确认使用干电极技术

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第一代特斯拉4680正极材料Ni含量
? 正极为高镍材料,镍含量约80%
? 不是NCMA材料或者Al含量极低
? 高镍材料的市占率持续降低,4680有助于刺激高镍材料发展

正极材料表征
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第一代特斯拉4680负极表征
? T通过能谱仪检测分析,确认特斯拉4680负极仅为碳,并未采用硅负极
? 松下21700使用了5~10%的硅
? 硅碳材料最大问题在于膨胀,与方形电池相比,圆柱电池对膨胀的耐受力更高。

第一代特斯拉4680壳体厚度
? 4680壳体厚度:500~600μm,2170壳体厚度:125~250μm
? 4680侧面壳体厚度0.635微米,预估质量58g,若使用0.2微米的壳体,质量为18g
? 电芯总重量为355g,故使用厚壳体增加11.2%的重量


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来源:锂电派

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