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拓尔德投入巨资研发4680电池

来源:【TRD拓尔德】 发布日期:2021-05-13 分享 加入收藏 关注:329

特斯拉最近发布了4680电芯,在锂电池行业引发了对这一规格圆柱电池的极大关注。目前国内很多锂电池企业也已经在生产研发这种锂电池产品,有望更早量产。

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拓尔德正与客户合作进行下一代圆柱电池——全极耳大圆柱电池的应用开发,4680电芯样品预计年内实现批量下线。
 
大圆柱电池的行业批量生产预计将于2023年开始,最早会用在动力电池市场。
 
直径46mm电芯产品目前主要是定制,也就是联合开发为主,2022年底做成量产型的标品,2021下半年就可以对非定制化的客户送样。
在46mm这个尺寸之前,周长18mm和21mm是圆柱电池中最流行的标准尺寸,在3C产品、小动力以及车用动力电池领域都有广泛使用。
 
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拓尔德在研发其大圆柱的方案很早就有,全极耳的方案也在特斯拉电池日之前就在开展研发工作。
 
拓尔德很早之前就认识到圆柱的趋势肯定是单节尺寸越做越大,因为有很多显而易见的好处。例如,单体能量增加,从而减少整包的电芯数量,进而拉低成本,再加上将全极耳技术搭载起来,功率、安全性会优于小圆柱等等。但是全极耳的方案是在2019年产生的。
 
圆柱电池从功率密度、快充快放能力,都是可以跟方形相匹配的。从安全性来说,热失控时圆柱电池定向释放能量的能力是方形所不能比的。
 
在2019年下半年到2020年上半年,特斯拉电池出来之前,拓尔德一直跟海外高端客户推广这一技术。拓尔德以前做过(周长)26,32mm的,高度也是从70到140mm未来如果这套全新的动力电池能搭载在Model 3上,那它的价格可能还会进一步下探。可以说4680这项特斯拉最新的技术成果,意味着它有能力推出更好更便宜的电动汽车,也会进一步增强特斯拉的竞争力。

因为圆柱尺寸从小做到大,单体数目少了,所以实际空间利用率变大了。
 
其次,对BMS各方面的管控要求会少很多,成本也会下降。比如说原来18650是3Ah的,4680现在是25Ah,这就是5倍的差距,就意味着原来一个电池包可能需要8000颗的18650,现在只需要1000节的4680。
 
安全性方面,大圆柱比小圆柱也有提升。大圆柱一定是伴随着全极耳技术或者是特斯拉所谓的无极耳技术。这种结构还有一个热管理方面的优势,传统的单极耳最后的电流就会在单极耳上汇流出来,所以单极耳会有一个发热点,就是极耳的地方。但是全极耳或者无极耳电芯,在电池内部是没有集中发热点的,热都是在里面均匀分布的,这样对电池的整包会带来一个热管理方面的很大优势。
 
采用大圆柱电池之后对BMS、线路板的需求就会小很多,无形中成本都是大幅度下降的,再加上如果用CTP技术,成组的效率会进一步提高。

此外,快充性能也极大增强。采用全极耳的大圆柱之后,快充性能有进一步提升,在15分钟内,可将电池从0充至80%的电量。也就是说,一辆续航600公里的车,在充电站停10-15分钟,可以充400-500公里,已经可以媲美燃油车了。
 
另外4680电池在结构上还创新性的采用了激光无极耳技术。虽然叫“无极耳”但也并非没有极耳,只是通过涂覆导电材料,直接与壳体或专门设计的盖板进行连接,用整个集流体尾部作为极耳,这样的设计可以增大连接面积、缩短极耳传导距离,内部电阻减少了五倍,并且电池的成本和制造难度也会相应降低。此外,动力输出功率提升了6倍,充电时间也进一步提升,只需要15分钟就可以从10%的电量充到80%,而充到50%则只需要7分钟的时间,这样的效率与传统燃油车的加油时间几乎相当,大幅减少了大家的续航焦虑。

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在谈及与特斯拉的技术路线的异同时,拓尔德技术路线和特斯拉还是有所不同,但是内部的逻辑是相通的。
 
4680是经过计算之后的尺寸,是综合了能量密度、成本各方面算出来的最优结果。“在高度方向上,大家也会持续探索,未必是80,可能90、100mm,但是越往高做难度也越大。”
 
46mm相对于32mm来讲,并不会产生根本性的技术难度的跃升,都是在一代技术之内,当然这种大尺寸圆柱加全极耳技术,对设备精度的要求会有一个提升。46是不需要做迭代性推进的,深度有所提升,但是不需要额外的新的东西,是考虑制造效率、制造厂线的成本之后的最优解。
 
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可以看到这套全新的4680电池真的带来了很多优势,尤其是它超快的充电时间以及更低的电池成本。更出色的充电效率对改善续航焦虑起到了很大帮助,在拓尔德看来,和不少车企1000km超长续航的研究方向相比,拥有和燃油车加油没有什么差别的充电速度,更能减少续航焦虑。在充电速度和超长续航这两者不能兼得的情况下,4680电池所带来的充电速度的提升,对改善续航焦虑更有帮助。

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