4680이 온다

2020년 테슬라 배터리 데이에는 4680셀 출시. Panasonic, LG, Samsung, EVA, Ningde Time 및 기타 배터리 회사는 연구 개발에 투자했습니다. 4680은 Tesla의 메인 배터리 셀이 되어 관련 산업 체인의 발전을 이끌 것으로 예상됩니다. 4680은 대형 원통형, 풀 폴 러그, 건식 전극 등과 같은 신기술을 채택하여 에너지(2170 배터리의 5배)와 전력(2170 배터리의 6배)을 크게 향상시킵니다. 또한, 배터리 비용 절감(2170 배터리 대비 14%), 방열 성능, 생산 효율, 충전 속도, 에너지 밀도, 사이클 성능 등을 최적화한다.

풀 러그는 내부 저항을 크게 줄이고 전력, 안전성, 고속 충전 성능을 향상시키며 필요한 레이저 절단 프로세스를 두 배로 늘립니다. 기존 배터리에는 러그가 두 개뿐입니다. 하나는 양극 단자용이고 다른 하나는 음극 단자용입니다. 4680 배터리에는 풀 러그(양극/음극 단자에서 직접 절단된 러그)가 있어 전류 경로가 크게 증가하고 러그 간격이 단축됩니다. 이는 내부 저항을 크게 감소시키고 승수 유형을 증가시킵니다. 러그 수가 기존 디자인보다 훨씬 많기 때문에 더 많은 레이저 절단 공정이 필요합니다.

4680의 장점:

4680 대형 실린더는 고니켈에 대한 적응성이 향상되어 고니켈 산업 체인의 발전을 촉진합니다. 리튬철 소재는 가격이 저렴하고 안전 성능이 높아 삼원계 소재의 시장 점유율을 지속적으로 압박하고 있습니다. 대형 원통형 셀은 고니켈에 대한 적응성이 더 뛰어나며, Tesla는 고니켈 NCM811 양극재를 채택하여 고니켈 시장 점유율을 높이는 데 도움이 됩니다.

4680 대형 원통형 및 실리콘 음극 더 나은 적응성: 실리콘 음극 이론상 최대 배터리 용량은 최대 4200Wh/kg으로 흑연 372Wh/kg보다 훨씬 높습니다. Tesla 1세대 4680 셀은 실리콘 음극을 사용하지 않습니다. 왜냐하면 Tesla가 배터리 셀 분야에 처음으로 진출했기 때문에 매우 급진적인 디자인을 사용하지 않았기 때문입니다.

1. 원통형 배터리 개발 이력 검토

소니:최초의 발명가는 결국 업계에서 물러났습니다. 1992년 리튬이온 배터리를 발명했는데, 한때 초고에너지 밀도가 도입되면서 전통적인 니켈수소 배터리가 무너졌습니다. 1994년 Sony는 최대 노트북 제조업체인 Dell의 배터리 공급업체가 되었습니다. 2006년 Dell 노트북 화재 관련 회의에서 Sony는 1천만 개의 배터리를 리콜했습니다. 그러다 한국과 중국 배터리 제조사의 부상으로 소니는 적자 수렁에 빠졌다. 2016년 리튬사업 매각.

파나소닉:Tesla와의 상호 성과. 1994년 리튬이온 배터리 연구개발, 1997년 Panasonic 원통형 18650 배터리를 사용한 Toyota Prius, 2008년 Sanyo Electric 인수, Tesla Roasder 공급. 2010년 전원 배터리의 변신과 Tesla의 지분, 2014년 미국 공장 및 Tesla의 상호 성과.

엘지:Tesla는 높은 순간을 보내고 있습니다. 1999년 18650 배터리를 대량 생산했지만 2019년에만 Tesla 공급망에 진입했습니다.

SDI:대기업과 중소기업. 1999년 양산 업계 최대 용량의 1.8Ah 배터리는 한때 노트북 시장에서 독보적인 위치를 점했지만, 파워 배터리 분야에서는 주춤했습니다.

2. 각형 배터리 개발 이력 검토

SDI:이전의 주요 사각형 배터리. 1999년에 사각형 전원 배터리를 개발했고, 2009년에 BMW 전원 배터리 공급업체가 되었으며, 2016년 중국의 화이트리스트 정책으로 인해 유럽 레이아웃으로 전환되었으며, 회사 수익 중 리튬 배터리 사업은 상대적으로 낮은 수준을 차지했습니다.

CATL:보조금 정책의 가장 큰 수혜자, 조 리더의 부상. 2011년 BMW와 협력, 파워 배터리 전문 업체에서 독립. 2014년에는 보조금 정책으로 인해 출하량이 급격히 증가했으며, 2014년에는 고에너지 밀도 삼원계 물질의 연구 개발로 전환했습니다. 2016년 화이트리스트 정책과 보조금 정책은 고에너지 밀도 소재, 출하량 돌파 경향을 보이고 있다.

BYD: 님1995년 설립, 1997년 전세계 휴대폰 배터리 출하량 4위, 2003년 자동차 분야 진출, 2006년 F3e 순수전기차 개발, 2009년 순수전기버스 양산, 순수전기 승용차 e6 양산 2010년에는 보조금 정책의 혜택을 받아 중국의 선두주자가 되었습니다. 2016년 보조금 정책은 삼원 소재 경향이 있어 BYD는 배터리를 공급하지 않습니다. 2016년에는 보조금 정책이 삼원계 소재를 우대하고, BYD가 배터리를 공급하지 않아 출하량이 감소하고 있으며, 2020년에는 블레이드 배터리와 DMI 모델이 출시되며 시장점유율은 계속 상승할 것으로 보인다.

3. 소프트팩 배터리 개발 이력 검토

AESC:초기 왕. 2007년에 설립되었으며 망간산 리튬 기술 경로에 중점을 두고 있습니다. 2010년에는 AESC의 고전적인 Nissan Leaf 시장을 탑재하여 배터리 안전 사고 제로라는 9-한 해의 품질 스토리를 만들어냈습니다. 2017년에는 망간산 리튬 이점이 더 이상 존재하지 않기 때문에 AESC는 더 이상 2019년 Vision이 인수한 Leaf의 독점 공급업체가 아닙니다.

엘지:소프트 팩 배터리 세트 마스터. LG전자는 수년간 휴대폰 배터리 강세를 보이다가 2009년 전원 배터리 시장에 진출했다. 현대 하이브리드의 첫 번째 모델인 쉐보레 볼트를 지원하는 2010년, 2017년 쉐보레 볼트와 볼트의 판매량이 50대를 돌파했으며, 2018년에는 폭스바겐 MEB 개발 협력, LG 소프트팩 배터리가 전성기를 맞이했습니다. 2021년 현대차와 GM은 배터리 안전성 문제로 리콜, 폭스바겐 배터리데이는 각형 표준셀 선택을 발표, 소프트팩 배터리는 차질을 겪었다.

기술적인 경로를 판단하는 것은 시스템/차량 전체의 관점에서 평가되어야 하며, 개별 셀의 장단점을 시스템에 추론할 수는 없습니다.셀의 높은 에너지 밀도는 시스템의 높은 에너지 밀도와 동일하지 않습니다.소프트팩 셀의 에너지 밀도는 높지만, 시스템 수준의 소프트팩 배터리 구조 부품의 무게는 하드쉘 배터리의 무게보다 훨씬 높기 때문에 시스템 수준의 에너지 밀도 차이는 크지 않습니다.우수한 셀 안전성은 우수한 배터리 시스템 안전성과 동일하지 않습니다.배터리 팩 내 셀의 방열 경로, 고정 상태 및 고전압 연결은 열폭주 보호 효과에 영향을 미칩니다. 소프트 팩 배터리는 셀 수준에서 하드쉘 배터리보다 안전 성능이 우수하지만 시스템 수준 보호도 매우 어렵고 비용이 많이 들며 전체적으로 큰 이점이 없습니다.

원통형 배터리 생산 공정은 세 가지 포장 방법 중 가장 간단하고 효율적입니다. 주요 생산 공정에는 도징, 코팅, 라미네이팅, 다이커팅, 와인딩, 용접 및 기타 공정이 포함됩니다.

4680 올이어 셀 생산 과정의 어려움은 다음과 같습니다.

• 다이 커팅: 올이어 셀이 극으로 코팅되면 빈 호일 영역이 수집기 유체 가장자리에 예약됩니다. 롤 프레싱 및 슬리팅 후 컬렉터 가장자리의 빈 포일 영역을 여러 개의 러그로 절단한 다음 감습니다. 레이저 절단 폴 러그에는 다음과 같은 문제가 있습니다. (i) 절단 시 폴 부분이 흔들리는 경향이 있습니다. (ii) 절단 후 스크랩을 효과적으로 배출할 수 없다는 문제; (iii) 다이 컷의 길이와 수는 기존 폴 러그보다 훨씬 높습니다.

• 반죽: 4680 원통형 배터리 제조 과정에서 배터리 코어의 러그 전체를 반죽한 다음 배터리 코어 부분을 편평하게 만든 후 극판으로 용접해야 합니다. 반죽 과정에서 많은 어려움이 있습니다. ① 반죽 속도가 너무 빠르면 극편이 튀어 나옵니다. ② 반죽 속도가 너무 느리면 생산 효율이 낮습니다. ③ 반죽 수준이 금속 칩을 더 많이 생성하면, 내부 단락 발생 ④ 활물질 이탈 및 기타 문제 ⑤ 마찰로 인해 먼지가 많이 발생 6 러그 접힘 발생.

• 용접: 4680 배터리 러그 용접으로 인해 러그 수의 증가로 인해 용접량이 증가합니다. 코어 용접의 중간 공정에는 일반적으로 러그 용접(사전 용접 포함), 폴 벨트의 스폿 용접, 코어를 쉘에 사전 용접, 쉘 상단 덮개의 밀봉 용접, 액체 주입구의 밀봉 용접, 등. 용접 둘레 및 시간 증가, 풀 폴 러그 및 컬렉터 유체의 공백 공간이 제한되어 열 축적 효과가 있어 일관성에 영향을 미치며 용접 공정에서 열 축적이 발생하기 쉽습니다.

• 다이 커팅: 슬리팅 머신을 통해 가공된 폴 롤은 실제 수요에 따라 셀 생산에 필요한 너비로 슬리팅됩니다. 4680 셀은 빈 포일에서 러그를 직접 절단하여 형성되며, 이는 고속 생산 장비의 레이저 절단 정확도, 속도 및 품질에 대한 더 높은 요구 사항을 제시합니다.

  
  

4680 올이어 배터리 부품 솔루션:

• 다이 커팅: 포지티브 및 네거티브 풀 러그를 여러 개의 평행사변형 러그 단일체로 다이 커팅하여 반죽 과정에서 러그가 빠지는 것을 방지할 수 있을 뿐만 아니라 배터리 쉘과 조립할 때 배터리 쉘의 내벽을 긁을 수 없습니다. 단락을 방지하기 위해 금속 칩의 생성을 줄일 수 있습니다. 동시에 이 평행사변형 구조는 반죽 시 롤러 압력을 효과적으로 감소시켜 활물질의 이탈을 방지하고 수율을 크게 향상시킬 수 있습니다.

• 반죽: 반죽 공정은 제조업체마다 크게 다르며, 특허 CN11356039A에서는 반죽 슬리브가 풀 폴 러그의 외부 슬리브에 적용되는 것을 보여줍니다. 평탄화 헤드는 회전하는 동안 평탄화 슬리브에 접근하고 평탄화 슬리브와 접촉한 후 평탄화 슬리브에서 직접 회전하고 평탄화 슬리브의 탄성 변형을 구동하여 회전력을 전체 러그에 전달하여 평탄화를 완료합니다. 평탄화 헤드가 더 이상 전체 러그와 직접 접촉하지 않기 때문에 전체 러그가 부분적으로 부서지는 것을 효과적으로 방지할 수 있어 제품 품질에 대한 영향을 제거하고 수율을 더 잘 향상시킬 수 있습니다. 특허에 따르면 초음파 반죽은 코어의 끝면을 초음파로 사전 처리한 다음 기계적 반죽을 수행합니다. 초음파 반죽은 코어의 양쪽 끝 부분에 설정된 초음파 반죽 헤드를 포함하고 초음파 반죽 헤드에는 홈이 있으며 코어의 두 끝은 해당 초음파 반죽 헤드의 홈에 삽입됩니다. 코어는 초음파 반죽 장치로 이송되고 초음파 반죽 헤드는 코어의 두 끝을 진동하고 반죽하여 평탄화 효과를 얻고 후속 기계적 반죽에 대비하여 코어 끝의 소형화를 향상시킵니다. 기계식 반죽 헤드는 세라믹 반죽 헤드입니다. 기계식 반죽 헤드가 회전하고 코어를 압착하여 평평하게 만듭니다. CN213878154U 특허는 코팅 후 가장자리 블랭크에 절연 재료를 적용하도록 선택하고, 절연 재료는 활성 재료와 동일한 레벨에 있으므로 컬렉터는 반죽할 필요 없이 권선 후 완전한 평면을 형성합니다.

• 용접: 현재 폴 러그 용접은 일반적으로 레이저를 사용하여 수행됩니다. 용접 속도, 용접 깊이, 용접 폭 및 기타 장점을 정밀하게 조정하여 다양한 재료 및 제품의 용접에 적응하고 정밀한 용접, 보다 안정적인 품질 및 깔끔한 외관을 달성합니다.

위의 문제는 완화될 것으로 예상되며, 4680이 컬럼 점유율 증가를 가속화할 것이라고 믿습니다.

1) 품질 공급 증가: 화이트리스트 자유화, 조 선두 진입. 2019년 6월 21일 "자동차 전력 배터리 산업 사양 조건"이 공식적으로 폐지되었습니다. 이는 중국의 전력 배터리 시장이 공식적으로 외국 배터리 회사에 개방되어 LG, Panasonic 등이 중국 시장에 고품질 원통형 배터리를 제공할 수 있음을 의미합니다. 국내 Ningde Time과 YIWI Li-energy는 이미 4680 원통형 배터리 연구 및 개발에 투자했으며 4680 배터리 연구 및 개발에 대한 의지를 공개적으로 밝힌 회사로는 Tesla, LG, Samsung, SDI, CATL, YIWI Li-energy가 있습니다. , 등.

2) 더 적은 수의 배터리, 더 낮은 통합 난이도: Tesla는 현재 4416 21700 배터리를 사용하고 있으며 앞으로도 960 4680 배터리를 사용할 예정이므로 시스템 통합 임계값이 크게 줄어듭니다.

3) 용량 증가 및 비용 격차 감소: 4680 원통형 배터리의 용량은 21700 배터리보다 5배 더 높으며, 원통형 배터리의 높은 생산 효율성과 높은 수율, 양극재의 니켈 함량이 높고 실리콘 음극이 더 많아 비용이 더 많이 듭니다. 4680 배터리와 각형 배터리의 간격이 줄어듭니다.

4) BMW가 최초로 원통형 배터리로 전환: BMW Gen6의 배터리 시스템에는 원통형 셀이 사용될 예정이다. CATL의 보어로서 BMW는 꾸준히 각형 배터리 기술 경로를 선택했으며 이제는 원통형 배터리 기술 경로로 전환하는 데 앞장서고 있으며 이는 분명히 다른 자동차 회사에 큰 영향을 미칠 것입니다.