4680电芯,岂止于大

特斯拉推出了更大号的圆柱电芯,还记得在推出2170电芯时,特斯拉表示2170将是最优的圆柱电芯尺寸,时隔3年就推出了新一代电芯,事实证明,没有最好,只有更好,这或许是技术进步的特点。

特斯拉给这款电芯命名为4680(直径46mm,高80mm),根据他们目前对圆柱电芯尺寸的研究,46mm在续航和成本方面能够取得最优的结果。


4680电芯,岂止于大

回顾特斯拉在电芯领域的迭代与进步,可以清晰地看出,特斯拉越来越能够更好地把控各领域的技术,在每一次电芯升级时,力求最大化实现各项技术的共振,取得更好的效果。


在完全依赖松下的前几年,特斯拉对于电芯没有提出过多自己的思路,基本是延续材料的进行速度来提升电芯的比能,这个时期最大的一次变化在2015/16年,特斯拉对负极材料进行了调整,增加了硅元素;

然后,从Model 3开始,特斯拉开始更多的介入电芯的设计与制造,因为想要推出亲民版的入门级电动汽车,成本还是降不下来,而电芯是最大的一块,材料领域技术的进步与成熟太慢了,所以,从能效和成本的角度,必须要有立竿见影的技术效果,这正是结构优化的优势所在——只有能设计出更优的结构,技术和成本上的改变是即刻生效的。

2170电芯就这样诞生了,配合这种电芯的,是完全革新的PACK集成技术。

到了2020年,2170并没有完全解决成本和续航的问题,马斯克一直承诺的3万美元以下的标准版Model 3,最终也没有上市。一方面,特斯拉在需求材料成本更低的解决方案,比如LFP;另一方面,特斯需要对电芯进行更深入的革新,以求实现更好的成本与比能。这个阶段,对制造工艺的改进提上了日程,特斯拉将Maxwell的干法工艺引入,替代了之前的湿法工艺,而在负极层面,则引入了硅纳米线技术,在正极层面则是进一步降低钴的含量。

至于结构方面,除了大块头圆柱体,最重要的就是去掉传统方式上的极耳,采用全新的无极耳设计。


4680电芯,岂止于大


这个全新的电芯量产的时间预计在2022年左右,我个人觉得,特斯拉还要走一段地狱式生产才能将这款电芯的质量达到目前的水准。诚然,大电芯在很多领域有优势,但它的难点和风险也很明显:

(1)大电芯的一致性更为难控制,工艺这个东西不像是电子控制的非0即1,它有很多的经验成分在里面;

(2)提高比能、输入/出功率,意味着电芯的成分更具活性,伴随而来的就是更容易发生安全风险;当前811的电芯之所以推进受阻,很大程度可能也是这两个方面的原因。

(3)单个大电芯热失控的危害更大,这基本上把18650的热失控优势抹杀了,在18650/2170时,一旦电芯发生热失控,单个电芯释放的能量是有限的,在PACK层面较容易把起火爆炸控制在箱体之内;现在4680电芯,拥有5倍的能量,在发生热失控时,造成的危害也将5倍增加,甚至更剧烈。

而配合这款电芯的是特斯拉全新的CTP系统设计,这将有助于进一步降低成本、提高比能,这是好的;而对应需要解决的难点在于,如何进行电芯的热失控防护,特斯拉需要拿出更具成效的系统性方案,因为CTP本身就已经放大了电芯所要面对的风险域。


4680电芯,岂止于大

在4680电芯这个技术方案上,特斯拉实现了材料、结构和工艺,三个领域技术进步的共振,结合与整车的集成,将电动汽车的整体技术又推向了下一个台阶:更快的加速度(6倍的电芯功率输出)、更低的成本(降低56%)、更长的续航(提升54%)。


4680电芯,岂止于大


就像马斯克所说的,每个人都可以做一个“大”电芯。但并是每家企业都能做出符合要求的大电芯,更重要的是,你必须要有能安全驾驭大电芯的能力,大电芯就像一匹烈马。

特斯拉大电芯的发布,尽管不够惊艳,但也足够有想象力空间,它打开了电芯进一步做大的窗户,也进一步确认了未来电池系统技术发展的方向,从当前的大模组,向CTP切换,再向CTC挺进。

那么,我们离巨形电芯还有多远?


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