4680电池卷芯两侧焊接正负极集流盘

发布时间:2023-02-02 来源: 未知 浏览次数:

本论文主要基于网络公开的拆解信息和资料,对比特斯拉Model34680电池的一些技术细节,采用21700电池和ModelY。
Model续航里程3长里程可达500公里,电池组容量可达75公里。kWh,使用4416节2170电池,电池组由四个模块组成,中间两个模块25串46,每个模块1150个电池组组成;两侧模块23串46,每个模块1058个电池组。电池组技术也是CTM的传统模块技术。
使用4680电池的ModelY电池组采用集成底盘CTC技术,电池直接集成在汽车底盘上。并直接将前排主副驾驶座椅、中央控制台、后排空调出风口等部件安装在电池组的盖子上;前后一体压铸车身部件的压铸精度很高,大大提高了精度效率,减少了用工量;电池侧面采用单蛇形管冷却,每两排电池之间沿车身宽度方向布置一根冷却管;整个电池包装填充了胶水,使电池、上下壳体的所有部件粘结在一起,成为整个车身结构的一部分。
21700电池的卷轴两侧放置正极和负极绝缘片,将引出的极耳焊接到正极顶盖和负极底盖上。连接正极的顶盖包括电流中断装置和减压装置。当电池内部压力过高时,金属弹片会弹开,正极与底盖的连接会断开,导致电池断开。同时,当电池内部压力继续上升时,减压装置起作用,释放内部压力,防止电池爆炸。
4680电池卷芯两侧焊接正负极集流盘,将绝缘套放在正极,然后将正极集流盘中间与外壳正极柱焊接在一起。负极集流盘接触负极顶盖,注液口留在负极顶盖中间,负极耳与整个外壳连接。目前还没有发现包括电流中断装置和泄压装置。
21700电池卷芯正负极卷绕后,引出单个极耳,正极耳尺寸为:长76mm*宽3.5mm*厚165μm,重量:110.8mg,保护胶带贴在焊接极耳区的极片两侧,胶带尺寸为(66).5+66.5)mm*11mm。
另一方面,4680电池卷芯两侧的折叠箔成为极耳,然后焊接集流盘。负极集流盘是弹性元件;注液口密封钉材料为铜;集流盘设计6片花瓣,每片花瓣3长2短5条焊缝;正极集流盘的花瓣与边缘相连,厚度为400。um;负极集流盘花瓣与中心连接厚度2600um;覆盖整个电芯截面积的正极绝缘片。
在极片中间区域焊接21700电池正极片的极耳,焊接极耳的未涂布区域尺寸为6。mm,卷芯内侧的涂布极片以焊接极耳区为界,长度为327。mm,外涂布长度为532。mm,极片总长865mm,极片宽度63mm。在极片内部区域焊接负极极极极片极耳,焊接极耳未涂布区域尺寸为15。mm。极片一侧涂布区域长度为865mm,另一面的涂布长度比第一面多61mm单面涂布区,长度926mm,极片外未涂布区域总长22mm,极片总长963mm,极片宽度65mm。
4680电池的极片采用全极耳设计,极片连续涂布,不涂布的区域保留在集流体一侧,缠绕后折叠形成花瓣形极耳。正极片长约3300。mm,负极长度约3400mm。
通过极片截面SEM形态测量21700电池的正极极片厚度为143μm,这些铝箔的厚度是15μm。含电解液的极片湿涂层表面密度(不含箔)为50。mg/cm二是干燥后密度(不含箔)为48.4mg/cm未涂覆的铝箔表面密度为4。.1mg/cm2。根据表面密度和极片尺寸,计算极片的重量,含有电解液的湿电极29.3g,干燥后电极重28.4g。由类球形颗粒组成的正极材料,二次颗粒中含有多个一次颗粒,粒径呈三个峰值,分别为7个峰值μm,11μm和16μm。这种多粒径分布形成高压极片涂层。碳黑导电剂颗粒可以在极片内部观察到。从SEM照片来看,碳黑导电剂含量很低。对正极片进行能谱分析,在颗粒内部没有发现碳黑导电剂和粘结剂成分,原子比Ni:Co:Al=1:0.06:0.05≈0.9:0.5:0.也就是高镍NCA材料。
通过极片截面SEM形态测量21700电池负极片厚度为1744。μm,其中铜箔厚度为8μm。含电解液的湿涂层两面涂布极片的表面密度(含铜箔)为34。.6mg/cm二是干燥后密度(含铜箔)为32.9mg/cm2。含电解液的湿涂层单面涂布极片表面密度(含铜箔)为20。.7mg/cm二是干燥后密度(含铜箔)为19.8mg/cm2。未涂覆的铜箔面密度为6.77mg/cm2。根据表面密度和极片尺寸,计算极片的重量,含有电解液的湿电极20.44g,电极干燥后重19.45g。负极材料由非常致密的片状石墨和少量的硅粒组成,极片中也可能含有石墨烯导电剂。负极片的压实密度也很高,保证了高体积能量密度。石墨颗粒的粒径也是通过图像分析负极片获得的。D50为16μm,而且硅粒的粒径是3μm。能谱分析负极片,硅粒含量约为3。.5wt%。
而且4680电池的正极已经使用NCM811材料,EDS分析材料中镍含量为81.6%,但似乎没有铝。因此,推测正极已经使用。NCM811而不是NCA。在负极材料中,没有硅,而是石墨。SEM相片测量正极片厚度1800μm,其中铝箔9-10微米。测试面容量为5-10微米的负极扣电池.5mAh/cm2。
21700电池总重68.63g,其中,卷芯重49.40g,电解液占71.97%,.13g,零部件13.10g。0.1C典型的电流充放电曲线,8个电池测试结果,容量分布如下图所示,平均容量为4。.77Ah(标称容量4.78Ah)。
而4680电池总重355g,电池容量根据负面容量推测为2376。cm^2*11mAh/cm^2=26.136Ah,估计总能量:26.136Ah*3.7-3.8V=96-99Wh(假设电压为3.7-3.8V),能量密度估计:96-99Wh/355g=272-296Wh/kg。但是,
假设N/P=1.1,正面容量10mAh/cm^2
正极片宽度72mm,长约3300mm
33000正极总涂布面积mm*72mm=237600mm^2
估计总容量:2376cm^2*10mAh/cm^2=23.76Ah
估计总能量:23.76Ah*3.7-3.8V=88-90Wh(假设电压为3.7-3.8V)
能量密度估计:88-90Wh/355g=247-254Wh/kg。
但目前4680电池设计比较保守,容量还有很大的提升空间。
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