电池技术升级大圆柱电池4680课件高二上学期化学人教版选择性必修1

2024/5/21电池技术升级—大圆柱电池4680报告人：刘峰报告日期：2022/11/08

2024/5/21Page2目录大圆柱电池4680介绍全极耳技术干法电极技术大圆柱电池4680电芯拆解分析大圆柱电池4680优势总结12345大圆柱电池4680介绍2024/5/211、定义采用大圆柱+全极耳+干电极核心创新技术，直径为46mm，高度为80mm的新一代圆柱电池。2、优势性能维度：大幅提升了能量（5倍于2170电池）、电池功率（6倍于2170电池），降低了电池成本（14%于2170电池），优化了散热性能、生产效率、充电速度，能量密度、循环性能等。18650217004680大圆柱电池4680介绍2024/5/21工艺维度：大圆柱电池4680采用全极耳(直接从正极/负极上剪出极耳)的工艺技术路线:输出功率提升:电流通路变宽，极耳间距缩短，内阻大幅降低、提升了电池功率(6倍于2170电池)。快充性能提升：全极耳结构，电子更易在电池内部移动，电流倍率更高，充放电速度更快传统电池解卷结构4680电池解卷结构4680电池极耳俯视图大圆柱电池4680介绍2024/5/21安全性提升:以轴向散热为主—热量从极耳处散出，全极耳结构增加了极耳面积，热量传输通道变宽，增强了电池的热稳定性。轴向散热圆柱电池散热方向传统圆柱电池极耳接触面积小4680电池全极耳接触面积大大圆柱电池4680介绍2024/5/21极片制造正极集流盘卷绕负极集流盘盖板&集流盘焊接入壳正负极焊接封顶盖大圆柱电池4680基本工艺流程：大圆柱电池4680制造基本工艺过程2024/5/21Page7全极耳技术定义：全极耳电池把整个集流体都变成极耳，即去掉从各层引出连接到一起的金属极耳，直接将电池两端改用导电材料，使其直接传输电流。优势：导电路径不再依赖极耳，电流由横向传输变为纵向传输。电流路径更短，传导面积更大，阻抗显著减小，使大电流充放电的温升更小电池内阻消耗由2W降至，成数量级显著降低单极耳全极耳2024/5/21Page8全极耳技术全极耳极片分析卷芯中心为中空结构，造成卷芯最内侧无极耳小极耳与集流盘焊接难度增加，最外侧也无极耳最内层和最外层的电流先流向极片长度方向，然后再流向宽度方向每个小极耳均需要2道激光切割全极耳极片结构示意图干法电极技术2024/5/21原理：将活跃的正负极颗粒与聚四氟乙烯(PTFE)混合，使其纤维化，直接将粉末擀磨成薄膜压倒铝箔或铜箔上，制备出正负极片。2024/5/21Page10干法电极技术SlurrywithsolventOrganicVaporEco-friendlyWetDryCompatibilityWetHighperformanceIncreasestrength(+50%)Lowerimpedance(-30%-50%)Improvedcapacity(+＞20%)-15%LowCostManufacturingcost-19%Capital

cost-14%Energycost-38%Materialcost-2%干法电极工艺特点是环境友好、成本低、工艺过程简单、粘结剂含量低、电极更厚、无溶剂化、电极性能更好。电极制造过程无溶剂、湿涂层的干燥过程，工艺更加简单，更灵活性，是一种环境友好的绿色工艺、节省了材料、时间和人工等生产成本。Dry干法电极技术2024/5/21沿着电极走带方向，下游的辊配置成比上游辊旋转速度更快。粉料或电极膜在辊隙中时，更快的下游辊速度在膜中引起剪切，使膜粘附到旋转更快的辊上。粘附和自支撑可以减少或完全消除电极膜的导辊，设备更简单。辊缝内增加的剪切力还可以降低电极膜压延至所需厚度的压力。干法电极工艺设备2024/5/21集流盘焊接工艺差异：特斯拉第一代4680国产4680共计6个花瓣，每个花瓣3长两短共5条焊缝点状焊接，无花瓣形状难点：集流盘与全极耳的焊接(表现在拆解后全极耳严重受损)4680电池电芯拆解分析

特斯拉第一代4680国产4680拆解后全极耳受损全极耳全貌图2024/5/21电芯卷绕工艺差异：特斯拉第一代4680国产4680工艺过程包含终止胶带最外圈包裹隔膜未发现终止胶带，外圈多包裹一层蓝色绝缘膜蓝色绝缘膜内部再包裹一层隔膜4680电池电芯拆解分析

特斯拉第一代4680电芯卷绕国产4680电芯卷绕2024/5/21电芯绝缘片差异：特斯拉第一代4680国产4680正极绝缘片覆盖整个电芯截面积正极同样设计带有绝缘片，但厚度明显低于TSL的设计4680电池电芯拆解分析

特斯拉第一代4680国产46802024/5/21国产4680电芯集流体边缘材料特写：正极负极正极铝箔边缘极耳清晰可见，且紧密排列正极铝箔边缘极耳清晰可见，且紧密排列难点：极耳密集显著增加生产工艺的控制难度(如1、卷绕需先预弯折至卷芯边缘需再次弯折到位，对卷绕工艺要求更高;2、极片端面与集流盘需面焊，对焊接工艺要求更高)4680电池电芯拆解分析

正极极片边缘形貌负极极片边缘形貌2024/5/21全极耳揉平工艺差异：国产4680：采用机械揉平方案，通过超声波或机械揉成端面(1.通过超声波震动直接压平;2.通过旋转的揉平轮直接摩擦电极极耳平面)。劣势：1.揉平过程中易产生金属碎屑，导致电芯内部自放电过大，可能会发生内短路；2.揉平后端面较为致密，电解液难以进入电芯内部。4680电池电芯拆解分析

机械揉平方案制备全极耳2024/5/21特斯拉4680：采用吹气结构方案，将电芯成片卷起。特点：中心有极耳最外层无极耳可用吹气结构实现极耳弯折劣势：卷绕过程表面起伏较大，易造成极耳因接触程度不一致导致内阻一致性差。4680电池电芯拆解分析

吹气结构制备全极耳2024/5/21第一代特斯拉4680正极材料Ni含量正极为高镍材料，镍含量约80%不是NCMA材料或者Al含量极低高镍材料的市占率持续降低，4680有助于刺激高镍材料发展4680电池电芯拆解分析

正极材料表征2024/5/21第一代特斯拉4680负极表征特斯拉通过能谱仪检测分析，确认特斯拉4680负极仅为碳，并未采用硅负极松下21700掺用5~10%的硅硅碳材料最大问题在于膨胀，与方形电池相比，圆柱电池对膨胀的耐受力更高4680电池电芯拆解分析

负极表征，未发现掺硅壳体厚度示意图2024/5/21电极全极耳降低集流体内阻，减少欧姆产热；干法电极技术，粘结剂纤维化包裹颗粒、含量低;无溶剂化;电极性能更优;端面面积增加，有利于内部热量的传递与耗散;电池尺寸和容量增加，降低非活性组件的质量比，