Breve introducción de la celda cilíndrica 4680 (III.) - Tecnología Taipu

  5. Cátodo Se utilizan diferentes electrodos en diferentes productos. LFP 4680 se utiliza en vehículos de baja autonomía y baterías de almacenamiento de energía, centrándose en proporcionar más tiempos de ciclo. Las baterías de níquel-manganeso 4680 se utilizan en vehículos de alcance medio y baterías domésticas. Las baterías 4680 con alto contenido de níquel se utilizan en el Cybertruck y el Semi. El material del cátodo de Tesla se centra en el alto níquel y ...

Breve introducción de la celda cilíndrica 4680 (III.)

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5. Cátodo

Se utilizan diferentes electrodos en diferentes productos. LFP 4680 se utiliza en vehículos de baja autonomía y baterías de almacenamiento de energía, centrándose en proporcionar más tiempos de ciclo. Las baterías de níquel-manganeso 4680 se utilizan en vehículos de alcance medio y baterías domésticas. Las baterías 4680 con alto contenido de níquel se utilizan en el Cybertruck y el Semi.

El material catódico de Tesla se centra en la dirección sin alto contenido de níquel y cobalto, pero no ha propuesto ninguna innovación fuera del camino principal. Utilizan la ruta monocristalina NCA para aumentar la densidad de energía al aumentar el voltaje, con una estabilidad térmica del material comparable al fosfato de hierro y litio.

5.1. ANC

Las rutas ternarias del material catódico generalmente se dividen en dos caminos: NCA (Níquel Cobalto Aluminio), que adopta Tesla. NCM (Níquel, cobalto y manganeso), como NCM523, NCM622, NCM811 utilizado por empresas como CATL (Contemporary Amperex Technology Co. Ltd.).

Las funciones de los elementos en el material del cátodo son las siguientes:Níquel: Aumenta la densidad de energía de la batería y reduce los costos de la batería. Es crucial para mejorar la autonomía de la batería. Cobalto: Proporciona estabilidad estructural al cátodo, pero es caro y contaminante para el medio ambiente. Manganeso, aluminio: Mejore la conductividad térmica, la estabilidad y la seguridad del material. Hierro: Una alternativa al níquel, tiene menor densidad energética pero es más barato y tiene ciclos de carga-descarga más altos. En comparación con NCM, NCA tiene una mayor densidad de energía y requisitos de fabricación más estrictos, pero tiene una seguridad ligeramente menor. Tesla ha aumentado el contenido de níquel y reducido el contenido de cobalto en su formulación NCA, aumentando así la densidad de energía y reduciendo los costos.

Las rutas ternarias del material catódico generalmente se dividen en dos caminos: NCA (Níquel Cobalto Aluminio), que adopta Tesla. NCM (níquel, cobalto y manganeso), como NCM523, NCM622, NCM811 utilizado por CATL: Las funciones de los elementos en el material del cátodo son las siguientes:Níquel: aumenta la densidad de energía de la batería y reduce los costos de la batería. Es crucial para mejorar la autonomía de la batería. Cobalto: Proporciona estabilidad estructural al cátodo, pero es caro y contaminante para el medio ambiente.

Manganeso, aluminio: Mejore la conductividad térmica, la estabilidad y la seguridad del material. Hierro: Una alternativa al níquel, tiene menor densidad energética pero es más barato y tiene ciclos de carga-descarga más altos. En comparación con NCM, NCA tiene una mayor densidad de energía y requisitos de fabricación más estrictos, pero tiene una seguridad ligeramente menor. Tesla ha aumentado el contenido de níquel y reducido el contenido de cobalto en su formulación NCA, aumentando así la densidad de energía y reduciendo los costos.

5.2. Monocristalización

A diferencia de aumentar el contenido de níquel para mejorar la densidad de energía, la monocristalización tiene como objetivo aumentar la densidad de energía aumentando el voltaje del material del cátodo. Los materiales monocristalinos son más adecuados para alto voltaje porque carecen de límites de grano, lo que puede mejorar la estabilidad térmica y el rendimiento del ciclo de las baterías ternarias. El material monocristalino de alto voltaje representativo de la serie 5 es la batería de níquel 55. Utiliza el mismo contenido de níquel que NCM523, pero logra la densidad de energía de NCM811, al mismo tiempo que exhibe una estabilidad térmica más prominente en el aspecto del material y un costo más bajo en comparación con NCM811.

5.3. Tendencias del cátodo de batería 4680

La batería 4680 utiliza tres materiales de cátodo diferentes: fosfato de hierro (LFP), níquel-manganeso-aluminio (NMA) y alto contenido de níquel (NCA).

5.3.1. La dirección con alto contenido de níquel domina actualmente la batería 4680

La versión con alto contenido de níquel es actualmente la dirección principal de la batería 4680 de Tesla. Está diseñado para su uso en vehículos de alta gama como el Cybertruck y el Semi. Además, las versiones de largo alcance y alto rendimiento del Model 3 y el Model Y también pueden utilizar esta variante con alto contenido de níquel.

5.3.2. La versión 4680 de níquel-manganeso sigue la variante con alto contenido de níquel

Tras la madurez técnica de la versión de alto níquel de la batería 4680, Tesla desarrollará la versión de níquel-manganeso, que se utilizará en vehículos de medio alcance como el Model Y y baterías domésticas.

5.3.3. Uso potencial del cátodo de fosfato de hierro en la batería 4680

Existe la posibilidad de utilizar fosfato de hierro como material catódico en la batería 4680. Tesla no mencionó su rendimiento de ciclo durante el evento de lanzamiento de la batería porque los ánodos basados en silicio tienden a expandirse, lo que reduce el número de ciclos de carga y descarga. Una vez que madure la variante de níquel-manganeso de la tecnología de batería 4680, es probable que se introduzca la versión 4680 de fosfato de hierro. Esta variante se utilizaría en vehículos de bajo coste y baterías de almacenamiento de energía, centrándose en el rendimiento de alto ciclo.

El desarrollo de baterías 4680, desde variantes con alto contenido de níquel hasta variantes de níquel-manganeso y, finalmente, variantes de fosfato de hierro, impulsará la demanda de materiales relacionados en la industria.

6. Progreso de la industrialización

6.1 Tesla fue el primero en anunciar la batería 4680 en 2020 y planea alcanzar los 3 TWh de capacidad de producción para 2030.

6.2 EVE y Panasonic son líderes en el campo de las baterías cilíndricas grandes.

6.3 Otras compañías de baterías como LG, Samsung, CATL, BAK y SVOLT también han realizado avances significativos.

7. Conclusión

Los principales procesos innovadores de la batería 4680 incluyen: celdas de batería grandes + diseño de lengüeta completa + tecnología de electrodo seco. Estos avances han mejorado la energía y la seguridad de la batería, han mejorado la eficiencia de la producción y el rendimiento de carga rápida, y han reducido los costos de la batería. Esto permite mejorar aún más la densidad de energía y el rendimiento del ciclo. Los desafíos técnicos actuales radican en la producción y soldadura de lengüetas completas y el proceso de electrodo seco.

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