Почему Tesla выбирает литиевую батарею Panasonic 18650?

[Примечание редактора] Автор этой статьи - Frei Liu, керамические материалы, материалы для литиевых батарей, силовые батареи, Dr. THU. В настоящее время работает в Институте инноваций в области энергетики и Интернета при университете Цинхуа и в основном отвечает за разработку технологий хранения энергии.

Почему Tesla использует литиевый аккумулятор 18650?

Как инженер, работающий в научно-исследовательском институте, я наконец-то получил возможность сказать несколько слов в своей области.

Прежде всего, чтобы исправить понятие, «литиевая батарея» - это аббревиатура от «литий-ионная батарея», которую мы обычно говорим, а некоторые люди говорят, что «сегнетоэлектрик» на самом деле является литий-ионной батареей, использующей фосфат лития-железа в качестве положительного электрода. материал, который является «литиевой батареей».

Позвольте мне начать с простой версии популярной версии:

Tesla использует литиевую батарею Panasonic 18650 с NCA в качестве положительного электрода и разработала сложную систему управления батареями, чтобы максимально повысить эффективность и безопасность батареи. Что касается абсолютной безопасности, здесь нельзя ответить. Если вы хотите сказать самовозгорание, я также хотел бы сказать, что бензиновый автомобиль также самовозгорается летом.

Что касается чисто электрических транспортных средств (независимо от подключаемых гибридов и чистого смешения, люди могут полагаться на бензин, чтобы открыть), что у нас больше всего запутано? Беспокойство о пробеге не за горами, потому что плотность энергии аккумулятора может храниться слишком низко. После того, как автомобильный аккумулятор сгруппирован, он обычно имеет плотность энергии 100 ~ 150 Втч / кг. Стоимость бензина около 10000 ... так что даже если вы решите проблему с автомобильным аккумулятором, как черепаха. Все впрыскивают электромобили каждый день, каждый день, заряжаются, бегают, недалеко, на полпути, нет электричества, что делать, вся плотность энергии слишком мала.

Самым большим недостатком аккумуляторной технологии является слишком низкая плотность энергии, что далеко отстает от закона Мура. Даже если их плотность энергии недостаточно высока, ключ далек от практического.

Итак, почему бы не использовать литий-железо-фосфатную батарею, я хочу сказать, основная причина в том, что емкость (единица емкости - Ач) и энергия (энергия, то есть емкость Ач, умноженная на напряжение, получаем Втч) низкая (емкость фосфата лития-железа ниже, чем у тройного, напряжение все еще низкое, всего 3,4 В, поэтому умноженная энергия еще ниже).

Фактические аккумуляторные батареи для автомобилей объединены последовательно и параллельно. Необходимо увеличить напряжение последовательным включением. В это время очень важны напряжение одного элемента и постоянство емкости между разными батареями. Сказать, что емкость мала, не обязательно.

Моя работа состоит в том, чтобы исследовать и разработать усовершенствованный продукт из фосфата лития-железа в рамках домашних исследований, а также изучить некоторые другие материалы, литиевые батареи и электромобили, так что ответьте здесь.

Чтобы сравнить несколько материалов катода, мы должны представить этот график, который является пятью важными критериями производительности:

Мощность, срок службы, стоимость, безопасность и энергия

Сравнительные материалы: тройной материал NMC / NCA / NCA, кобальтат лития LCO, фосфат лития-железа LFP, манганат лития LMO. NCA и NCM похожи, и они являются близкими родственниками в материале, поэтому здесь они классифицируются как один класс.

LCO = LiCoO2, слоистый, NMC = LiNixMnyCozO2, слоистый, NCA = LiNi1-y-zCoyAlzO2, слоистый, LMO = шпинель LiMn2O4, LFP = LiFePO4оливин

Из этого рисунка мы видим:

Энергия самая низкая (трагедия, низкая емкость - один аспект) Низкое напряжение 3,4 В - проблема. Обратный пример - шпинель манганата лития-никеля, напряжение 4,7 В). Из-за ограниченного пространства он не предназначен для зарядки и разрядки кривой.

Мощность совсем не низкая. (В научно-исследовательском институте самодельный экспериментальный фосфат лития-железа, 5C может достигать падения 130 мАч / г (конечно, PHOSTECH также может ...). Показатели скорости материала углерод + наноматериал Все еще очень мощные!

Срок службы и безопасность являются лучшими, что в основном связано с комбинацией полианиона PO43- в материале, который улучшает кислородную связь и снижает реактивность с электролитом, в отличие от тройного материала. Он более подвержен некоторым явлениям, таким как пузырьки кислорода. Срок службы обычно составляет> 4000 циклов.

Стоимость фосфата лития-железа неплохая, по стоимости уступает только LMO литий-манганатный материал (это штука, воздушное горение, марганец). Источник дешевый), второй - конкурентоспособный. Сырье из фосфата лития-железа, фосфата лития-железа относительно дешево, но для изготовления нанопорошка требуется определенная стоимость, термообработка должна проводиться в инертной атмосфере, различные технологические требования, в результате чего стоимость материала (около 10 Вт / т произведено в Китае) не так низко, как LMO (6 ~ 7 Вт / т), но LCO (более дорогой) дешевле, чем NMC (13 Вт / т).

Причина: Кобальт дороже никеля (Китай беднен кобальтом, нету), никель марганца Вам какой материал, какая цена.

Затем сравните и проанализируйте следующие материалы NCM / NCA.

Энергия - самая выгодная (электромобили хотят далеко бегать, это самое главное). Кроме того, с развитием материалов NCM с высоким содержанием никеля плотность энергии этого материала может быть дополнительно улучшена.

(Фактически, этого достаточно. Для чисто электрических транспортных средств энергия важнее, чем характеристики мощности для Toyota Prius. Гибридные автомобили, характеристики мощности более важны, но предпосылка состоит в том, что энергия не может быть слишком разочаровывающей)

жизнь неплохая. В прошлом срок службы тройных материалов мог составлять около 1000 раз, но в последние годы, с развитием исследований и разработок, срок службы материала может достигать 2000 недель (кажется, что стандарт все еще может поддерживать 80% или сколько, не могу вспомнить) Это уже очень впечатляет, например ваш электромобиль, одна зарядка в день, 365 раз в год, вам 2000 раз хватит на 6 лет, многие люди планируют сменить авто в это время.

Стоимость немного высока (сначала признайте это).

В конце концов, используется какой-то металлический никель-кобальт, стоимость высока, но этот материал как минимум дешевле, чем кобальтат лития LCO, поэтому в будущем в области бытовой электроники замена материалов LCO все еще перспективна.

Низкая безопасность, особенно в отношении фосфата лития-железа, материалы NCM / NCA будут потреблять кислород при зарядке, и вероятность несчастных случаев при использовании выше, чем у материалов LFP. Безопасность трехкомпонентных батарей всегда была проблемой.

Но здесь есть не только материал положительного электрода в батарее, но мы также можем решить эту проблему, регулируя состав электролита, оптимизируя диафрагму (керамическая диафрагма Shenma) и оптимизируя систему управления батареей (охлаждение, безопасность). Хотя безопасность материалов NCM / NCA всегда была проблемой, все еще есть возможности для улучшений и решений. Если я говорю, что могу полностью решить проблему безопасности, я думаю, что это все хулиганы. Система управления аккумулятором максимально безопасна и не может гарантировать 100% безопасность.

Что безопаснее?

Итак, сравните эти два материала здесь, наиболее важная плотность энергии - выигрыш NCM / NCA, срок службы NCM / NCA неплох, безопасность NCM / NCA хуже, но несерьезно, мощность не слишком важна, оба Да, стоимость выше на NCM / NCA.

Однако здесь отмечается, что стоимость NCM / NCA высока, т.е. стоимость единицы массы (юаней / кг).

Учитывая высокую плотность энергии NCM / NCA на единицу массы (Втч / кг), если стоимость единицы энергии преобразуется (юаней / Втч), NCM / NCA является более выгодным, поэтому она рассчитывается на основе стоимости материала единицы . Результат может быть более обманчивым.

Говоря об этом, меня не может не вырвать: вы слишком дороги для электромобилей каждый день, потому что батарея используется больше, потому что стоимость единицы энергии (юаней / Втч) слишком высока, ее действительно трудно сбросить , мы

Я буду пить северо-западный ветер. Ах, ах ах == Еще один момент заключается в том, что платформа для разряда фосфата лития-железа слишком плоская, это нехорошо для системы управления батареей, NCM / NCA лучше.

Тем не менее, как собака, изучающая фосфат лития, я должен сказать несколько слов о наших материалах: в целях безопасности, в зависимости от случая, литий-железо-фосфатная батарея по-прежнему имеет преимущество, особенно, пожалуйста, кричите электромобили каждый день, Люди с небезопасные аккумуляторы голосуют за нас, литий-фосфат железа.

Кроме того, фосфат лития-железа не требует использования никеля и кобальта, что полезно для национальной ресурсной безопасности (ну, на самом деле, он не используется слишком много, но эта промышленность также является дорогостоящей, если используется);

и материал фосфата лития-железа. В конце концов, продолжительность жизни по-прежнему самая лучшая, поэтому в некоторых случаях у него есть преимущества (например, некоторые батареи дешевы, но срок службы может быть меньше половины фосфата лития-железа, стоимость не та то же самое после использования времени, я только не говорю вам, что это ЖИО), каждый должен научиться сводить счета.

В случаях, когда требования к плотности энергии не особенно высоки, фосфат лития-железа по-прежнему является предпочтительным, например, в новых областях, таких как накопление энергии.

Итак, прямо говоря, для того, чтобы чисто электромобили могли работать дальше, более популярны батареи с более высокой плотностью энергии.