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4680革了电池的命?松下为何优先供特斯拉

2024-08-18 23:59 阅读了

随着汽车工业向新能源方向转变,我们的生活以及各地产业形势发生了巨大变化,不仅中国如此,全世界各大车企均在寻求新的能源方式,并希望在电池的供给问题上不被卡脖子。

其实,说白了,汽车新能源战争,就是电池战争!

2021年各大品牌发布消息,向外界宣布将与某电池企业开展合作,吉利参与电池制造与研发,丰田与松下成立合资公司,本田与SES签署合作协议,PSA与Saft成立合资公司,长安与比亚迪开展合作,大众与博世成立合资公司等等,表明新一轮电池战争已经开启。

但问题是,特斯拉与松下的4680电池,又向前跨了一步!

4680革了电池的命?松下为何优先供特斯拉

4680?革命?

松下4680同样为圆柱形高镍三元电池,与特斯拉此前使用的2170和1865原理相同。

从名称上理解,4680电池的直径为46mm,长度为80mm,2170和1865同理。

松下4680的优势在于,单体电芯容量为9000mAh,并且由于4680电池采用了无极耳(或者称之为全极耳)设计,成本、容量、性能和散热更优,这也是为什么马斯克称新电池能够便宜56%,峰值性能提升4倍,续航里程增加16%。

4680革了电池的命?松下为何优先供特斯拉

4680本质上依然为圆柱卷绕电芯,整体结构与2170和1865是一致的,可以将其简单的理解为卷纸类电芯,电芯外部的金属和内部隔膜中间的部分,则是常见的三元/LFP/石墨等成分用于储存电能。

而在体积部分,如果说2170和1865电芯与我们日常生活中常见的7号电池和5号电池相近,那么4680就是比1号电池还要大一圈的胖子电池!

4680革了电池的命?松下为何优先供特斯拉

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此外,不少网友在网络讨论时还是挺激动的,称4680算是当前车用级电池的新革命。

其实,无论从结构还是材料,4680只能算是圆柱形高镍三元电芯的改良升级版,并且连制造材料都没有太多变化,只要提升超长软包卷绕材料的良品率,加之轻度改进生产线,4680的生产和制造不会太难。

并且,类似的技术在方形电芯上早有使用,早在10年前就有国内电芯企业拿到了全极耳的设计专利,国轩高科也有类似的技术,与松下4680电芯无极耳设计相似。

松下4680之所以能在此时成功,最重要的原因是因为契机,特斯拉有需求,而松下正是其合作伙伴,特斯拉愿意为4680电芯装车提供便利,4680电芯项目才能成功落地。

所以,关于网友们高谈阔论的4680算是当前电池产业的新革命,这句话水分太高了。

接着,换一个思路,马斯克称4680电池的续航里程提升16%,差不多意味着电池组的能量密度响应提高到了16%左右,虽然不够准确,大致意思相近。

但比亚迪的刀片电池,通过改变电芯内部材料的堆叠方式,电池组的体积能量密度提升了50%,还是以磷酸铁锂为主要材料,这么一比是不是觉得4680电芯并没有网友们鼓吹的那么神!

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综合性能更优?

马斯克在发布会上称,4680的能量提升5倍,从此前的认知来讲,在材料不变的情况下,提升5倍能量密度,这几乎是不可能的。

但4680的的优势就在于,相较于以往的2170、1865等电芯,体积上有了巨大的增加,在单体容量内能够储存更多的能量,与单纯的在电池组内增加电池数量道理相同。

虽然4680整体材料和结构未变,但由于采用了无极耳设计,取消了传统的极耳结构,将作为集流体的铜箔延展出来作为极耳,这也是为什么4680的无极耳设计,也可以称之为全极耳的原因。

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无极耳带来的好处也显而易见,此前需要单独焊接极耳,用于电能流经,如今取消极耳设计,将电芯整个侧面当做极耳,电能传送更加顺畅,传送路径缩短,减少内阻,降低极耳处的电流密度和发热量,(全极耳)也就能够承受更大的电流。

也正是因为极耳尺寸更大,散热更加均匀,间接提升了4680电芯的充放电性能。

做个跟简单的例子,我们驾驶车辆在高速上行驶,此时无论是双向6车道,还是双向8车道,所有车辆行驶在各自的道路上,道路自然顺畅无比。

但当通过隧道时,由于建设隧道难度复杂,且工程量巨大,少数隧道内部仅为双向4车道设计,所有车辆途径此处时,自然要放缓车速,并安全变道至通行车道,出现拥堵也就不用奇怪了。

4680的无极耳或者说全极耳设计,厉害之处便是增加隧道内车道,保持隧道内道路与隧道外道路相同,电流通过时效率高且快,发热和性能自然更加优秀。

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而在容量上,则更好理解,由于单体电芯尺寸更大,内部存储的容量自然也就更大。

4680单体电芯容量为9000mAh,此前的2170则仅有5000mAh能量的提升自然更加明显。

以特斯拉畅销Model 3举例,目前M3 P使用的2170电芯,装满整个电池组需要4416枚,电池容量在78.3kWh左右。

这4千多枚电芯密密麻麻的装入电池组内,电芯体积小导致空隙更小,且每个电芯装配需要的时间和材料也就更多。

相比之下,装满M3 P的电池组则仅需960枚4680电芯,换算一下总容量可以达到130kWh,提升75%。

此外由于4680单体电芯体积更大,封装材料数量减少,用于包装电芯外壳成本减少,重量也会随之降低。

同时,电芯体积大带来的另一个好处是,电芯之间空隙变大,更容易布置散热装置。

无极耳设计使得充放电和峰值性能出众,发热均匀且热量更容易被疏散,电池组效率更高,性能衰减也会更慢。

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在电池控制系统的管理上,成本也会随之降低。

继续以Model 3P为例,4千多枚2170电芯需要封装为Bank和brick,多枚电芯会封装为一个brick,多个brick由一个Bank控制,每个Bank需要装入自己的控制模块,这些微型计算器都是成本。

若采用4680电芯则更加简单,由于电芯体积和容量大,电芯数量减少,只需要一个控制模块即可统一管理,控制更加简单高效。

从这些数据来看,4680相较于2170和1865的升级改良版,各项数据确实比较优秀。

同时,与比亚迪的刀片电池相比,高镍三元4680确实在能量密度、充放电效率、冬季续航表现上,优于磷酸铁锂。

就目前而言,4680的综合优势还是比较优秀的。

从材料成本上来看,随着高镍三元的装机量逐步提升,采购和制造工艺进一步精进,磷酸铁锂的低价优势在未来的几年中也会被逐渐抹平。

但从未来发展方向来看,这两种电池都会被市场青睐。

磷酸铁锂在民用终端凭借高性价比备受青睐,高镍三元/四元则会继续在高端汽车市场中发挥优势。

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