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良品率从20%提升至80%! 4680电池,为何让马斯克直呼“牛X”?

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去年9月,特斯拉在电池日上首次亮相了具有颠覆性意义的4680电池。超强的性能让所有特斯拉粉丝乃至汽车工程师们对电动车未来超长续航里程产生无限遐想,可是一年多过去了,4680电池依旧存在于PPT中,丝毫未见量产的影子,到底出了什么问题?


原来,4680电池的量产环节出现异常,卡在了较低的良品率上。众所周知,一般工业产品的良品率必须要达到90%以上才具备批量生产的价值,而良品率只有达到99%乃至更高,才具备规模化低成本优势。但就目前松下、LG化学等电池制造商公布的4680电池20%左右的良品率来看,批量生产遥遥无期,就算强行量产,它的成本也是普通人无法承受的。

这么好的技术只能眼睁睁看着它“胎死腹中”?


显然不是!最近,松下联合索尼对外宣称,4680电池的良品率已经从之前的20%提升至现在的80%,已经具备生产试制车辆的可能。而特斯拉也表示,将在柏林工厂与德州工厂试制搭载4680电池的Semi卡车和Model Y参数图片)。

回到问题本源,还在技术攻关的4680电池为何让一众科技大佬以及电池巨头们如此疯狂?

特性1:无极耳设计


电池极耳这个名词虽然听着陌生,但实际上每一位小伙伴都接触过,就是上面电池红框中的凸起部位。它的作用其实是代表电池电极的输出端,也是电池内部最容易过热的地方。

4680电池的无极耳设计可以降低电池的体积,并且使得导电面积变大,传输效率变高,因此即便大功率输出也不容易过热。


目前,无极耳设计有两种生产工艺,一种是先将电池材料切割好相应的尺寸,然后按照顺序覆盖卷起;另一种则是直接将材料按照顺序叠好卷起,待生产出棒状半成品后再切割。两种工艺的生产效率近似,但前者良品率为60%,后者为70%,差别也不算大。

特性2:无模组设计


对现有电动汽车的电池部分进行拆解,我们不难发现,电池以模块化的形式呈现。十多个电池串联变成一组,十多组又串联变成一块,几十块又变成一整个电池包。这种连接方式有一个问题,那就是连接部件占据了大量空间,并且成本高昂。


但是4680电池就彻底舍弃了之前的设计,不再有小组、小队的概念,直接变身扁平化管理体系,将电池融为一体。这样做带来最大的好处就是能量密度的提升以及成本的降低,并且同等容量下电池模块的重量也会有大幅下降。

特性3:高电池一致性


正如前文所说,不论18650、21700还是4680电池,都是由一节一节电池单体构成,但是同等容量下电池单体数量的降低可以直接提升整个动力电池的一致性。

在电池组工作时,要尽量保证每一节电池都处在相同的放电平台上(也就是电压一致),如果某一节电池率先达到了充电截止电压或放电截止电压,那么整个电池组就会显示已充满电或没电的状态。


虽然电池单体和电池一致性没有什么关系,但同等容量下一个电池组由4000个21700电池构成,另一个则由960个4680电池构成,更少的电池单体带来更高的电池一致性,也就更容易实现精细化管理。

总结

良品率从20%-80%,虽然离大规模量产还有一段距离,但至少已经让人看到了希望。能量密度和电池组性能的提升,也可以进一步缓解电动汽车的里程焦虑,增加续航表现。所以,未来的纯电动汽车非常值得期待!

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