特斯拉二代4680电芯拆解分析

2023-12-20


前天上午十点,才神道&锂想生活对特斯拉二代4680电芯进行了拆解上下午一共进行了4个多小时,最高有一千多名粉丝实时在线收看,合计上万人次观看。   原以为对于我们这个拆解了若干企业的46电芯的“老手”来说,不应该有什么惊喜,但事实证明,我们错了!

壳体的巨大变化

相较于特斯拉的一代电芯,特斯拉的二代电芯(因为容量变化不大,我们后面把它称为1.5代,特斯拉定义的二代电芯是装配到CyberTruck上的Cybercell)

特斯拉二代4680电芯拆解分析 (https://ic.work/) 电源管理 第1张

从电芯的表面来看,第一代的电芯是预镀镍工艺,但表面是很粗糙的,电芯上方的R角比较大而1.5代电芯的表面非常光滑,且上方R角非常小,据很多做预镀镍行业的专家分析,这工艺应该还是预镀镍工艺,只不过较上一代更加成熟了

相比国内的46大圆柱来说,我们普遍采用的是后镀镍,因为这样处理比较简单,也比较适合我们国内46电池包局部注胶的工艺

但才神道预计,特斯拉的这种全注胶的方式未来一定很有市场,因为这样才有电池包整体作为结构件的逻辑

我们也注意到,特斯拉1.5代的电芯壳体厚度较第一代大幅度减薄了。从原来的0.6mm减小到不足0.4mm特斯拉全灌胶可以做这么薄,那我们部分注胶是不是就不能做这么薄呢?

关于这一点,才神道在第一代4680拆解报告中做过预测

我们当时根据有限的消息判断,特斯拉的4680二代肯定会对壳体减重,现在看来我们的预测是对的,厚度确实下降到了0.4mm以下

特斯拉二代4680电芯拆解分析 (https://ic.work/) 电源管理 第2张

壳体的另外一大变化就是在后盖和封口上

在封口上,从顿封变成焊封这个没有悬念,毕竟特斯拉曾经公开展示过但后盖的结构和逻辑却也有了不小的变化

 

从图中我们可以看到,首先壳体一代和1.5代有了很大区别。另外在后盖的结构上,才神道早前拿到的1.5代图片和这次拆解的1.5代也是有很大区别

首先,早前的1.5代没有外围的六个小圆钉;其次,早前的激光焊是流线型的,现在是分成了两个部分,都是直线型;再次,激光焊接的沉台也有了不小的变化,原来是连通的,现在改成三个独立的部分了;最后,早前的后盖是没有防爆线的,现在的电芯有了明显的防爆线

那么这么多的变化,有什么逻辑吗?才神道通过拆解找到了其背后的奥秘

关于封口,才神道曾经和大家分享过一期特斯拉的焊封专利,大家如果没有看过的,可以通过这个链接找到。

特斯拉之所以采用焊缝,其目的之一就是要解决漏液问题。这个问题在第一代研发的过程中曾经困扰特斯拉很久。当然,目前国内也有很多厂家使用墩封结构试制自己的46电芯。但到目前为止,包括亿纬在内的国内厂商,量产效率还没有突破100ppm,而特斯拉现在的量产速度已经达到了150ppm,原本不是问题的问题,随着效率的提高就成了问题

当然,焊封也并非绝对的就好。理论上,焊封要比墩封费时。才神道获得的消息说,松下正在为后盖的焊缝发愁,因为他们原有的工艺对付小圆柱还是可以提供300ppm稳定量产的,但现在单电芯焊接长度长了2.18倍,再要维持300ppm的量产速度就需要大幅改进工艺了。

 

第二,特斯拉使用焊封公司的另一层考虑就是增加有效空间。这个在他们的焊封专利里面都有详细的描述,才神道也预测过,大约可以增加4%的空间。

第三层考量就是采用了焊封结构后,可大面积减薄壳体了。因为最早之所以壳体那么厚,就是考虑在电芯内部压力达到一定阈值以后,后盖的焊封结构可以爆开,以起到防爆作用。所以大家在第一代电芯上看不到其他的防爆结构。但这样的代价就是壳体要够厚。

而1.5代的早期版本依然没有防爆线。因此才神道判断,早期1.5代版本的防爆功能因壳体减薄而失败,于是才有了这个有防爆线的版本。

才神道认为,特斯拉最早的思路是不屑于做防爆线的,他们还曾经打过爆珠的主意(用爆珠做防爆阀),但现在看来,这些努力都失败了,还是开个防爆线最有效。

这个部分的最后我们来聊聊这个注液孔。拆解的时候,很多网友管他叫“爆珠”,才神道仔细了解了一下,这个结构叫“不锈钢膨胀密封”结构。

特斯拉二代4680电芯拆解分析 (https://ic.work/) 电源管理 第3张

用这个结构来做注液口的密封,你还别说,这个还真是一个创举,这可比我们国内目前通用的焊接注液孔靠谱的多。因为这样非常省时啊!

 

正负集流体的变化

接下来我们就说说正负集流体的变化。

正像很多圈内朋友获得的消息一样,特斯拉的1.5代电芯上没有负极集流体了。而是直接和后盖焊到了一起。

有粉丝问我,这样焊到一起是否更好?

才神道通过拆解之后发现,这样焊接固然是省了集流体,密封垫两个部件,按照肯定更省时了。而且激光穿透焊也没有伤到极组,也不会有焊接的粉尘污染。

但焊接的面积只占到了极耳的很小一部分,这对于这个4680的全极耳(无极耳)来说,是不是一个巨大的浪费呢?

同时,后盖沉台旁边空间是空的,容易造成外圈极耳上翘,所以不得不在后盖的内部加了一个钢环,以压住边缘的极耳。

后盖上的六个小点就是铆接那个钢环的。

 

才神道判断:沉台、防爆阀和钢环互相打架,所以才有了这么一个补救的设计。

有人会说,那干脆就不要这个沉台不就完了,直接一个平盖不好吗?是挺好的啊,内部空间还能多利用一点,但那个不锈钢膨胀密封结构的空间就不合适了。

因此,才神道猜测,未来三代的后盖将有比较大的改进。主要是解决沉台、防爆阀、钢圈、焊接和不锈钢膨胀密封结构的空间如何布局,使他们的布设更加合理。

另外,不论是之前的带弧形的焊接方式还是现在的三段式焊接,都只有非常少的极耳参与了电流交换。是不是说利用那个钢垫和和极耳紧密接触来增加电流的交换面积呢?才神道不得而知,请粉丝们留言阐述一下你们的见解。

还有,后盖边缘的焊接也非常均匀。现在国内国轩、蜂巢、兰均、中创都采用焊封的做法,但这样的焊封做法是不是会造成未来量产效率无法提高?还是说这个部分使用了更好的焊接技术,可以提高效率?大家也一起说说吧!

最后我们再说说正极集流体部分的变化。

正极集流体这次变轻变薄了。如才神道在一年前预测的一样,正极集流体的极柱焊接点附近有了“三条小鱼”。这个结构是方便正极柱焊接解耦和释放选择应力的设计。

特斯拉二代4680电芯拆解分析 (https://ic.work/) 电源管理 第4张

集流体变小变薄了,正极柱的的扭矩焊强度非常高,放大也看不到毛刺。

这样看来,特斯拉坚定地走扭矩焊的路线已经成功,而国内各家采用各种方法解决这个问题,但不知道是否可以在高速量产的情况下还能够确保较高良率。

 

最后,正极耳与集流盘的焊接,也是采用轴向点焊。这其实就是多极耳的一种变相的实现方式。特斯拉的一代是采用径向焊接的。

 

极组的变化

极组部分才神道只能告诉大家,各方面指标都有变化,因为内容太多,大家还是购买报告详细研究吧!

另外,我们测得1.5代的容量是22.7Ah,因为整体重量有所减轻,因此换算的能量密度为241Wh/kg(第一代4680才神道测得容量为22.3Ah,重量比1.5代版本重了10多克,所以一代的能量密度是229Wh/kg)。

目前看,两个版本极组的各项尺寸差异还是比较大的,才神道将在明年一月初整理好拆解报告供大家参考。比克4695的拆解报告也将一同出炉。

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