Brève introduction de la cellule cylindrique 4680 (III.) – Taipu Technology

5. Cathode Différentes électrodes sont utilisées dans différents produits. LFP 4680 est utilisé dans les véhicules bas de gamme et les batteries de stockage d’énergie, en se concentrant sur la fourniture de temps de cycle plus longs. Les batteries nickel-manganèse 4680 sont utilisées dans les véhicules à moyenne portée et les batteries domestiques. Les batteries à haute teneur en nickel 4680 sont utilisées dans le Cybertruck et le Semi. Le matériau de la cathode de Tesla se concentre sur le nickel et ...

Brève introduction de la cellule cylindrique 4680 (III.)

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5. Cathode

Différentes électrodes sont utilisées dans différents produits. Le LFP 4680 est utilisé dans les véhicules de faible portée et les batteries de stockage d’énergie, en se concentrant sur la fourniture de plus de temps de cycle. Les batteries nickel-manganèse 4680 sont utilisées dans les véhicules de moyenne portée et les batteries domestiques. Les batteries à haute teneur en nickel 4680 sont utilisées dans le Cybertruck et le Semi.

Le matériau de la cathode de Tesla se concentre sur une direction à haute teneur en nickel et sans cobalt, mais n’a proposé aucune innovation en dehors de la voie dominante. Ils utilisent la voie monocristalline NCA pour augmenter la densité d’énergie en augmentant la tension, avec une stabilité thermique du matériau comparable à celle du phosphate de fer lithium.

5.1. L'

Les voies ternaires des matériaux de cathode sont généralement divisées en deux chemins : NCA (Nickel Cobalt Aluminum), que Tesla adopte. NCM (Nickel Cobalt Manganese), tels que NCM523, NCM622, NCM811 utilisés par des entreprises comme CATL (Contemporary Amperex Technology Co. Ltd.).

Les rôles des éléments dans le matériau de la cathode sont les suivants :Nickel : Augmente la densité d’énergie de la batterie et réduit les coûts de la batterie. Il est crucial pour améliorer l’autonomie de la batterie. Cobalt : Fournit une stabilité structurelle à la cathode, mais il est coûteux et polluant pour l’environnement. Manganèse, aluminium : Améliore la conductivité thermique, la stabilité et la sécurité des matériaux. Fer : Une alternative au nickel, il a une densité d’énergie plus faible mais est moins cher et a des cycles de charge-décharge plus élevés. Par rapport à NCM, NCA a une densité d’énergie plus élevée et des exigences de fabrication plus strictes, mais a une sécurité légèrement inférieure. Tesla a augmenté la teneur en nickel et réduit la teneur en cobalt dans sa formulation NCA, augmentant ainsi la densité énergétique et réduisant les coûts.

Les voies ternaires des matériaux de cathode sont généralement divisées en deux chemins : NCA (Nickel Cobalt Aluminum), que Tesla adopte. NCM (Nickel Cobalt Manganese), tel que NCM523, NCM622, NCM811 utilisé par CATL : Les rôles des éléments dans le matériau de la cathode sont les suivants :Nickel : Augmente la densité d’énergie de la batterie et réduit les coûts de la batterie. Il est crucial pour améliorer l’autonomie de la batterie. Cobalt : Fournit une stabilité structurelle à la cathode, mais il est coûteux et polluant pour l’environnement.

Manganèse, aluminium : Améliore la conductivité thermique, la stabilité et la sécurité des matériaux. Fer : Une alternative au nickel, il a une densité d’énergie plus faible mais est moins cher et a des cycles de charge-décharge plus élevés. Par rapport à NCM, NCA a une densité d’énergie plus élevée et des exigences de fabrication plus strictes, mais a une sécurité légèrement inférieure. Tesla a augmenté la teneur en nickel et réduit la teneur en cobalt dans sa formulation NCA, augmentant ainsi la densité énergétique et réduisant les coûts.

5.2. Monocristallisation

Contrairement à l’augmentation de la teneur en nickel pour améliorer la densité énergétique, la monocristallisation vise à augmenter la densité d’énergie en augmentant la tension du matériau de la cathode. Les matériaux monocristallins sont plus adaptés à la haute tension car ils n’ont pas de joints de grains, ce qui peut améliorer la stabilité thermique et les performances de cycle des batteries ternaires. Le matériau monocristallin haute tension représentatif de la série 5 est la batterie nickel 55. Il utilise la même teneur en nickel que le NCM523 mais atteint la densité d’énergie du NCM811, tout en présentant une stabilité thermique plus importante dans l’aspect matériel et un coût inférieur par rapport au NCM811.

5.3. Tendances de la cathode de batterie 4680

La batterie 4680 utilise trois matériaux de cathode différents : phosphate de fer (LFP), nickel-manganèse-aluminium (NMA) et nickel à haute teneur (NCA).

5.3.1. La direction à haute teneur en nickel domine actuellement la batterie 4680

La version à haute teneur en nickel est actuellement la direction principale de la batterie 4680 de Tesla. Il est destiné à être utilisé dans des véhicules haut de gamme tels que le Cybertruck et le Semi. De plus, les versions longue portée et hautes performances des Model 3 et Model Y peuvent également utiliser cette variante à haute teneur en nickel.

5.3.2. La version 4680 nickel-manganèse suit la variante à haute teneur en nickel

Après la maturité technique de la version à haute teneur en nickel de la batterie 4680, Tesla développera la version nickel-manganèse, qui sera utilisée dans les véhicules de moyenne portée comme le Model Y et les batteries domestiques.

5.3.3. Utilisation potentielle de la cathode de phosphate de fer dans la batterie 4680

Il est possible d’utiliser du phosphate de fer comme matériau de cathode dans la batterie 4680. Tesla n’a pas mentionné ses performances de cycle lors de l’événement de lancement de la batterie, car les anodes à base de silicium ont tendance à se dilater, réduisant ainsi le nombre de cycles de charge-décharge. Une fois que la variante nickel-manganèse de la technologie des batteries 4680 aura mûri, la version au phosphate de fer 4680 sera probablement introduite. Cette variante serait utilisée dans les véhicules à faible coût et les batteries de stockage d’énergie, en se concentrant sur les performances à cycle élevé.

Le développement de batteries 4680, des variantes à haute teneur en nickel aux variantes nickel-manganèse, et éventuellement aux variantes au phosphate de fer, stimulera la demande de matériaux connexes dans l’industrie.

6. Progrès de l’industrialisation

6.1 Tesla a été le premier à annoncer la batterie 4680 en 2020 et prévoit d’atteindre une capacité de production de 3 TWh d’ici 2030.

6.2 EVE et Panasonic sont leaders dans le domaine des batteries cylindriques de grande taille.

6.3 D’autres fabricants de batteries tels que LG, Samsung, CATL, BAK et SVOLT ont également fait des progrès significatifs.

7. En conclusion

Les principaux processus innovants de la batterie 4680 comprennent : de grandes cellules de batterie + une conception à languette complète + une technologie d’électrode sèche. Ces avancées ont permis d’améliorer la puissance et la sécurité de la batterie, d’améliorer l’efficacité de la production et les performances de charge rapide, ainsi que de réduire les coûts des batteries. Cela permet d’améliorer encore la densité d’énergie et les performances du cycle. Les défis techniques actuels résident dans la production et le soudage de languettes complètes et le processus d’électrode sèche.

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