Tesla의 새로운 Tabless 배터리로 새로운 수준의 성능 발휘

Telsa는 Panasonic, LG, CATL과 같은 제조업체와의 파트너십을 통해 세계 최대의 배터리 구매자 중 하나입니다. 전기 자동차와 전력 저장 장치에 대한 수요가 계속해서 증가하고 있기 때문에 더 많은 셀에 대한 그들의 끝없는 갈망은 조만간 충족될 것 같지 않습니다.

배터리 데이 기조연설에서 발표된 바와 같이, Tesla는 2030년까지 연간 3TWh 생산량이라는 목표를 달성하기 위해 배터리 기술을 한 단계 끌어올리기 위한 광범위한 프로젝트에 열심히 노력해 왔습니다. 이 중 가장 흥미로운 측면 중 하나는 다음과 같습니다. Tesla가 자체 생산할 새로운 Tables 4680 배터리를 발표했습니다. 4680을 그토록 흥미롭게 만드는 이유와 테이블에 가는 것이 왜 그렇게 큰 일인지 살펴보겠습니다.

Tesla는 다른 제조업체들이 주로 프리즘형 디자인을 사용했던 배터리 팩에 원통형 셀을 사용했다는 점에서 전기 자동차 제조업체 중에서 다소 독특합니다. 노트북 제조업체와 손전등 제작자에게 인기 있는 유서 깊은 18650을 시작으로 Tesla는 나중에 더 큰 21700 배터리를 사용하게 되었으며, 폼 팩터가 클수록 각 셀의 용량이 더 커졌습니다. 이러한 셀을 구성하려면 길고 얇은 양극 및 음극 물질 시트를 사이에 분리 물질을 두고 서로 겹쳐 놓은 다음 "젤리롤"로 말아서 원통형 본체 내부에 맞춥니다. 양극과 음극 각각에는 일반적으로 말아올린 시트의 중앙에 작은 탭이 있으며, 이 탭은 배터리 외부 케이스의 단자에 전력을 전달합니다.

이 작은 탭은 다양한 방법으로 원통형 셀을 고정합니다. 양극과 음극의 넓은 면적에도 불구하고 배터리 안팎으로 흐르는 모든 전류는 폭이 불과 몇 밀리미터에 불과한 한 쌍의 탭을 통과해야 하므로 이는 셀 안팎으로 흐르는 전류의 병목 현상 역할을 합니다. 젤리롤 외부 영역의 전자는 셀 터미널에 도달하기 위해 상당한 거리를 이동해야 하며, 전기 경로 길이는 21700 셀에서 최대 250mm입니다. 경로 길이가 길수록 저항이 커지며 그에 따라 열 성능에도 영향을 미칩니다. 또한 탭은 양극 및 음극 시트를 빠른 속도로 효과적으로 생산하려는 노력을 방해하며, 생산 기계는 돌출된 형상을 처리하기 위해 반복적으로 정지하고 시작해야 합니다.

Tesla는 이전에 18650 셀에서 더 큰 21700 설계로 전환할 때 성능이 향상되었지만 셀 크기를 더 늘리려는 노력은 벽에 부딪혔습니다. 더 큰 셀은 더 많은 에너지를 저장하고 생산 비용을 절감할 수 있지만 열 문제로 인해 충전 시간과 방전 ​​속도가 부정적인 영향을 받게 됩니다. 셀이 클수록 경로 길이가 길어지고, 저항이 높을수록 셀당 전력 출력이 낮아지고 충전 속도가 느려집니다. Tesla의 고속 충전 기술에도 불구하고 많은 사람들은 여전히 ​​전기 자동차의 충전이 너무 느리다고 생각하므로 이는 할 가치가 없는 절충안이었습니다.

"tabless" 배터리를 입력하세요. 양극과 음극에 각각 작은 배터리 탭을 부착하는 대신 전체 양극과 음극 포일을 레이저 패턴으로 가공하여 길이 전체에 걸쳐 본질적으로 많은 작은 탭을 갖도록 처리합니다. 제조 공정 후반에 별도의 탭을 수동으로 부착하는 단계를 대체합니다.

양극, 음극 및 분리기가 모두 함께 감겨지면 이 많은 작은 탭이 편평하게 펴져 "슁글 나선형"을 형성하여 활성 배터리 재료와 케이스 사이에 훨씬 더 넓은 접촉 영역을 만듭니다. 이는 전자가 이동하는 경로 길이가 훨씬 줄어든다는 것을 의미합니다. Tesla는 이전 설계에 비해 최대 5배 감소했다고 인용합니다. 이는 전자가 이제 단일 탭 연결에 도달하기 위해 먼저 시트 중앙으로 더 우회적인 경로를 취해야 하는 대신 배터리 단자를 향해 직접 이동할 수 있기 때문입니다.

최종 결과는 직경 46mm, 길이 80mm로 명명된 4680 셀입니다. 이는 5자리 명명법에서 벗어난 것이지만 Tesla의 누구도 18650 셀에 왜 0이 붙는지 알 수 없었기 때문에 회사는 새 셀 지정에서 이를 제거했습니다. 새로운 셀은 더 큰 크기로 인해 이전 설계보다 5배 더 많은 에너지를 포함한다고 주장됩니다. 더욱이 Tesla는 테이블 구성의 전기 경로 길이가 줄어들어 열 성능이 향상되어 최대 6배의 전력을 공급할 수 있다고 주장합니다. Tesla의 자동차 팩에서 4680셀로 전환하면 주행 거리가 최대 16% 증가할 수 있을 것으로 추정됩니다. 이 분야에서 이미 인상적인 수치를 기록한 자동차 제조업체를 고려하면 인상적인 수치입니다. 예를 들어, 곧 출시될 Model S Plaid는 4680 셀을 사용하여 520마일의 범위를 갖는다고 주장합니다.