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4680電池拆解報告分享

鋰電聯(lián)盟會長 ? 來源:鋰電聯(lián)盟會長 ? 2023-02-22 10:32 ? 次閱讀
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摘要

? 2020年特斯拉電池日發(fā)布4680電芯(直徑46mm,高度80mm),包括松下、LG、三星、億緯、寧德時代、比克等電池企業(yè)紛紛跟進。

? 4680有望成為特斯拉主力電芯,帶動相關(guān)產(chǎn)業(yè)鏈發(fā)展。4680采用大圓柱+全極耳+干電極等全新技術(shù),大幅提升了能量(5倍于2170電池)、功率(6倍于2170電池),降低了電池成本(14%于2170電池),優(yōu)化了散熱性能、生產(chǎn)效率、充電速度,能量密度、循環(huán)性能等。

? 全極耳大幅降低內(nèi)阻、提升功率、安全性、快充性能,所需激光切割工序倍增:傳統(tǒng)電池只有兩個極耳,分別連接正極與負極,而4680電池實現(xiàn)了全極耳(直接從正極/負極上剪出極耳),從而大大增加了電流通路,并縮短了極耳間距,進而大幅降低內(nèi)阻、提升倍率型。由于極耳數(shù)量遠多于常規(guī)設(shè)計,所需激光切割工序倍增。

? 4680大圓柱與高鎳的適配性更好,刺激高鎳產(chǎn)業(yè)鏈發(fā)展。鐵鋰材料價格更低,安全性能更高,不斷擠壓三元材料市場份額。大圓柱電芯與高鎳的適配性更好,特斯拉采用高鎳NCM811正極材料,有助于提升高鎳市場份額。

? 4680大圓柱與硅負極適配性更好:硅負極理論最大電池容量可達4200Wh/kg,遠高于石墨的372Wh/kg,特斯拉第一代4680電芯未采用硅負極,預(yù)計是因為特斯拉首次涉足電芯領(lǐng)域,未采用非常激進的設(shè)計。

不同的4680設(shè)計存在差異性 ? 特斯拉與國產(chǎn)4680電芯設(shè)計差異較大

? 特斯拉技術(shù)迭代周期很短,不同時期的4680電芯外觀存在明顯差異

? 第二代4680電芯負極蓋板變化極大,可以清晰看見三道焊縫

圓柱焊接次數(shù)遠高于方形電池

? 每個電芯至少需要正負極兩次焊接,主流動力類普通方形電池 容量為100~200Ah,遠高于4680電池的25~30Ah.

? 若4680電池滲透率提升,將帶激光設(shè)備發(fā)展。

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正極集流盤

? 第一代特斯拉4680正極集流盤:共計6個花瓣,每個花瓣3長2 短共5條焊縫

? 國產(chǎn)4680集流盤:點狀焊接,無花瓣形狀

? 集流盤與全極耳的焊接是難點

正極全極耳

? 全極耳:拆解后嚴重受損

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第一代特斯拉4680電芯卷繞

? 黃色和綠色的是終止膠帶

? 最外層包裹隔膜

國產(chǎn)4680電芯卷芯

?未發(fā)現(xiàn)終止膠帶,外圈多包裹一層藍色絕緣膜

? 藍色絕緣膜內(nèi)部再包裹一層隔膜

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第一代特斯拉4680正極絕緣片特寫

? 正極絕緣片覆蓋整個電芯截面積

? 點評:全極耳所有電流最終匯集到正極極柱,熱量集中在正極 極柱位置,可能會影響快充性能

國產(chǎn)4680正極絕緣片特寫

? 國產(chǎn)4680同樣有絕緣片,但厚度明顯低于特斯拉的設(shè)計

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集流體材料邊緣特寫

? 正極鋁箔邊緣極耳清晰可見,且緊密排列

? 負極鋁箔邊緣極耳清晰可見,且緊密排列

? 如此密集的小極耳將顯著增加生產(chǎn)工藝的控制難度

5cc4aa2e-b255-11ed-bfe3-dac502259ad0.png ?

全極耳極片分析

? 卷芯中心為中空結(jié)構(gòu),造成卷芯最內(nèi)側(cè)并無極耳

? 卷芯最外側(cè)小極耳與集流盤焊接難度增加,最外側(cè)也無極耳

? 最內(nèi)層和最外層的電流時先流向極片長度方向,然后再流向?qū)挾确较?br />
? 每個小極耳均需要2道激光切割

國產(chǎn)4680電芯負極國產(chǎn)4680負極在手套箱中(氬氣環(huán)境)呈現(xiàn)金色

? 手套箱中呈現(xiàn)金色

? 在空氣中逐漸變?yōu)楹谏?br />
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全極耳揉平是重要工序,國產(chǎn)和特斯拉差異性極大

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揉平:將卷芯的斷面揉平整后再與極板焊接,

①通過超聲波震動直接壓平;

②通過旋轉(zhuǎn)的揉平輪直接摩擦電池極耳平面。

難點:

①揉平速度過快時,極片外翻;

②揉平速度過慢時,生產(chǎn)效率低;

③揉平時產(chǎn)生金屬屑較多,導(dǎo)致內(nèi)部短路;

④活材料脫落等問題,

⑤極耳產(chǎn)生褶皺等

解決方案:

①在全極耳外套上揉平套,揉平頭一邊自轉(zhuǎn)一邊接近揉平套,由于揉平頭不再直接接觸全極耳,故能有效防止將去全極耳部分揉碎。

②超聲波揉 平對電芯的端面進行超聲波的預(yù)處理揉平,然后進行機械揉平。

③免揉平:在涂布之后再邊緣空白處涂抹絕緣材料,絕緣材料與活性物質(zhì)水平高度一致,使得卷繞后集流體形成完整平面;

特斯拉全極耳采用吹氣方案

? 中心有極耳

? 最外層沒有極耳

? 可能用吹氣結(jié)構(gòu)實現(xiàn)極耳彎折

特斯拉采用吹氣結(jié)構(gòu)制備全極耳 國內(nèi)傳利采用機械結(jié)構(gòu)制備全極耳

5d4d629c-b255-11ed-bfe3-dac502259ad0.png ?

圓柱電池生產(chǎn)流程

? 大致可以分為:外殼,正極絕緣片,正極集流盤,卷繞,負極集流盤,負極絕緣片,蓋板

? 集流盤焊接后入殼、正極焊接,負極焊接,封口

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第一代特斯拉4680能量信息

?電極尺寸: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負極使用干電極

? 正極:未使用干電極技術(shù)

? 負極:確認使用干電極技術(shù)

5ded8a60-b255-11ed-bfe3-dac502259ad0.png ?

第一代特斯拉4680正極材料Ni含量

? 正極為高鎳材料,鎳含量約80%

? 不是NCMA材料或者Al含量極低

? 高鎳材料的市占率持續(xù)降低,4680有助于刺激高鎳材料發(fā)展

正極材料表征

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第一代特斯拉4680負極表征

? T通過能譜儀檢測分析,確認特斯拉4680負極僅為碳,并未采用硅負極

? 松下21700使用了5~10%的硅

? 硅碳材料最大問題在于膨脹,與方形電池相比,圓柱電池對膨脹的耐受力更高。

第一代特斯拉4680負極表征

? 4680殼體厚度:500~600μm,2170殼體厚度:125~250μm

? 4680側(cè)面殼體厚度0.635微米,預(yù)估質(zhì)量58g,若使用0.2微米的殼體,質(zhì)量為18g

? 電芯總重量為355g,故使用厚殼體增加11.2%的重量 。





審核編輯:劉清

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原文標題:4680電池拆解報告

文章出處:【微信號:Recycle-Li-Battery,微信公眾號:鋰電聯(lián)盟會長】歡迎添加關(guān)注!文章轉(zhuǎn)載請注明出處。

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