只是一个“突破”是特斯拉的傻瓜电池单元吗？

在特斯拉最近的电池日，该公司宣布了Elon Musk在圆柱形电池中称为“大规模突破”。为了评估该权利要求的有效性，首先了解传统圆柱形锂离子电池的缺点是很重要的。

圆柱形锂离子电池使用几层不同的化合物来储存能量。如下所示，片状阳极，分离器和阴极夹在一起，卷起并填充到圆柱形的罐中。每个阴极和阳极电极使用称为“突片”的小金属部件连接到电池的正极和负端子。

传统电池单元的内部架构。图片使用彼得米勒礼貌

小锂离子电池表现出高功率和能量密度。对于EV应用至关重要的电池，我们需要更大的阳极和阴极板。这呈现了几个挑战。在本文中，我们将介绍这些挑战以及Tesla的新电池如何解决这些问题。

一对标签可能不足

一些现象阻止我们实现大的阳极和阴极电极可以提供的潜在性能。这是由于较大的阳极和阴极电极的事实，电子需要旅行更长的距离如下所示。

如果仅采用一对突片，则电子应行程的阳极和阴极电极和电极的路径。使用的图像礼貌魏赵等。

路径的欧姆电阻导致电力损耗，因此，电池的内部加热。

此外，电流选择在电极平原中最小阻抗的路径，因此，电流分布不均匀。非均匀电流分布导致涂覆电极的活性材料的不均匀利用。

换句话说，具有较大的电池单元，使用更大量的活性材料，但这些材料的平均利用率小于较小细胞中的使用量小。要解决此问题，我们可以沿电极采用多对选项卡，如下所示。

用多对标签描绘细胞。使用的图像礼貌魏赵等。

这将电极区域分成较小区域增加了活性材料的平均利用，并缩短了电子行进的路径。

标签存在几个挑战

突片是焊接到电极上的金属部件。标签制造具有挑战性，可以影响电池可靠性和性能。例如，焊接毛刺可以穿透正电极和负电极之间的隔板层并导致内部短路。

有趣的是，X射线计算断层扫描（CT）扫描可用于评估这种制造缺陷。下面示出了具有焊接毛刺的电池的CT扫描。

毛刺的图象在当前收集标签的。使用的图像礼貌X. Yao等人。

这种制造业缺陷可导致电池火灾和爆炸。

此外，标签的正确位置是至关重要的。电荷和放电电流流过突片并显着提高突片周围区域的温度，以高于电池的其他部分的水平。

产生的热量可以在突片周围分解电极材料，影响细胞性能，循环寿命和安全性。要解决此问题，我们需要将标签彼此一定的距离保持一定的距离。在成本方面，标签可能不是一个理想的选择，因为标签焊接在电池生产中增加了额外的步骤，提高了成本。

特斯拉的镇压电池

虽然详细解释了特斯拉专利超出了本文的范围，“镇电池”的基本思想是通过沿着电极运行的导电部分来实现传统的突片功能。

新型鼠标电池锂离子电池的结构。使用的图像礼貌特斯曼和限制因素

通过这种绘制设计，电子应该行驶的最大距离是电极的高度而不是其长度，如在传统的拼接电极的情况下。电极的高度仅为其长度的5-20％。因此，电子面部的欧姆抗性，因此，内部产生的热量将显着减少。

另外，电流分布在抑制电极上将是均匀的。通过这种方式，避免了具有可能导致不需要的化学反应的大型过电位的局部热点，并且提高了电池的寿命。

像玫瑰电池削减了热量

新设计不仅产生较低的欧姆耐耐力而产生较少量的热量，但它也表现出更好的传热性能。通过传统的设计，所产生的电流通过占据小区域的标签，因此，突片周围的区域的温度显着增加。

通过绘制设计，电极的整个边缘负责电流（和热）转移。传热通过与电池缸底部一样大的区域发生。当卷起新电池的阳极和阴极片时，它形成了玫瑰状的聚集在两端。

描绘了抑制电池单元。屏幕截图使用的礼貌特斯拉

上面讨论的优点允许Tesla从模型3和PowerWALL中使用的2,170个细胞（21mm×70mm）到更大的4,680个细胞（46 mm×80 mm），而不担心性能下降和传热问题。特斯拉希望这些新电池将在大约三年内制作25,000美元的Tesla车辆现实。