Warum wählt Tesla die Lithiumbatterie 18650 von Panasonic?

[Anmerkung des Herausgebers] Der Autor dieses Artikels ist Frei Liu, Keramikmaterialien, Lithiumbatteriematerialien, Leistungsbatterien, Dr. THU. Derzeit arbeiten sie am Energy Internet Innovation Institute der Universität Tsinghua und sind hauptsächlich für die Entwicklung der Energiespeichertechnologie verantwortlich.

Warum verwendet Tesla eine Lithiumbatterie 18650?

Als Ingenieur in einem Forschungsinstitut habe ich endlich die Möglichkeit, ein paar Worte auf meinem Gebiet zu sagen.

Um ein Konzept zu korrigieren, ist "Lithiumbatterie" die Abkürzung für "Lithiumionenbatterie", die wir allgemein sagen, und einige Leute sagen, dass "ferroelektrisch" tatsächlich eine Lithiumionenbatterie ist, die Lithiumeisenphosphat als positive Elektrode verwendet Material, das "Lithiumbatterie" ist.

Lassen Sie mich mit einer einfachen Version der beliebten Version beginnen:

Tesla verwendet die Lithiumbatterie 18650 von Panasonic mit NCA als positiver Elektrode und hat ein komplexes Batteriemanagementsystem entwickelt, um die Effizienz und Sicherheit der Batterie so weit wie möglich zu gewährleisten und zu verbessern. Die absolute Sicherheit kann nicht beantwortet werden. Wenn Sie spontane Verbrennung sagen wollen, möchte ich auch sagen, dass sich das Benzinauto auch im Sommer spontan entzündet.

Was ist bei reinen Elektrofahrzeugen (unabhängig von Plug-in-Hybriden und reinem Mischen können sich die Menschen beim Öffnen auf Benzin verlassen) am meisten verwirrt? Kilometerangst ist nicht weit entfernt, da die Energiedichte des akkus zu niedrig gespeichert werden kann. Nachdem die Fahrzeugbatterie gruppiert wurde, hat sie normalerweise eine Energiedichte von 100 bis 150 Wh / kg. Der Wert von Benzin liegt bei etwa 10000. Selbst wenn Sie es nicht tun, ist es kein Problem, ein Problem mit einer Autobatterie wie einer Schildkröte zu lösen. Jeder spritzt jeden Tag, jeden Tag Elektroautos, lädt, läuft, nicht weit, auf halber Strecke, kein Strom, was zu tun ist, alle Energiedichte ist zu niedrig.

Das größte Manko der Batterietechnologie ist, dass die Energiedichte zu niedrig ist, was weit hinter dem Mooreschen Gesetz liegt. Auch wenn ihre Energiedichte nicht hoch genug ist, ist der Schlüssel alles andere als praktisch.

Warum also nicht eine lithium-eisenphosphat-batterie verwenden? Ich möchte sagen, der Hauptgrund ist, dass die Kapazität (Kapazitätseinheit ist Ah) und die Energie (Energie, dh die Kapazität von Ah multipliziert mit der Spannung, erhalten Wh) niedrig sind (Die Kapazität von Lithiumeisenphosphat ist niedriger als ternär, die Spannung ist immer noch niedrig, nur 3,4 V, so dass die multiplizierte Energie noch geringer ist).

Die eigentlichen Batteriepacks für Automobile werden in Reihe und parallel kombiniert. Es ist notwendig, die Spannung durch Reihenschaltung zu erhöhen. Zu diesem Zeitpunkt sind die Spannung einer einzelnen Zelle und die Kapazitätskonsistenz zwischen verschiedenen Batterien sehr wichtig. Es ist nicht streng zu sagen, dass die Kapazität gering ist.

Meine Aufgabe ist es, ein verbessertes Produkt aus Lithiumeisenphosphat in einer heimischen Forschung zu erforschen und zu entwickeln sowie einige andere Materialien, lithiumbatterien und Elektroautos zu untersuchen. Beantworten Sie es also hier.

Um mehrere Kathodenmaterialien zu vergleichen, müssen wir dieses Diagramm einführen, das die fünf wichtigen Leistungskriterien darstellt:

Energie, Leben, Kosten, Sicherheit und Energie

Vergleichsmaterialien waren ternäres NMC / NCA-Material / NCA, LCO-Lithiumcobaltat, LFP-Lithiumeisenphosphat, LMO-Lithiummanganat. NCA und NCM sind ähnlich und sie sind enge Verwandte im Material, daher werden sie hier als eine Klasse klassifiziert.

LCO = LiCoO2, geschichtet, NMC = LiNixMnyCozO2, geschichtet, NCA = LiNi1-y-zCoyAlzO2, geschichtet, LMO = LiMn2O4spinel, LFP = LiFePO4olivin

Aus dieser Abbildung können wir sehen:

Energie ist am niedrigsten (Tragödie, geringe Kapazität ist ein Aspekt) Die niedrige Spannung von 3,4 V ist das Problem. Das umgekehrte Beispiel ist Lithium-Nickel-Manganat-Spinell (Spannung 4,7 V). Aus Platzgründen ist es nicht hier, die Kurve zu laden und zu entladen.

Die Leistung ist überhaupt nicht niedrig. (Im Forschungsinstitut kann das selbst hergestellte Lithiumeisenphosphat 5C in Pilotqualität Tropfen von 130 mAh / g erzielen (PHOSTECH kann natürlich auch ...). Leistung der Kohlenstoff + Nanomaterial-Materialrate Immer noch sehr leistungsfähig!

Leben und Sicherheit sind am besten, was hauptsächlich auf die Kombination von Polyanion PO43- im Material zurückzuführen ist, wodurch die Sauerstoffbindung besser wird und die Reaktivität mit dem Elektrolyten im Gegensatz zum ternären Material gering ist. Es ist anfälliger für einige Phänomene wie Sauerstoffblasen. Die Lebensdauer wird allgemein als> 4000 Zyklen angesehen.

Die Kosten für Lithiumeisenphosphat sind nicht schlecht, die Kosten sind nach LMO-Lithiummanganatmaterial an zweiter Stelle (dieses Ding, Luftverbrennung, Mangan). Die Quelle ist billig), die zweite ist wettbewerbsfähig. Das Rohmaterial von Lithiumeisenphosphat, Lithiumeisenphosphat ist relativ billig, aber es kostet einige Kosten, um Nanopulver herzustellen, Wärmebehandlung muss unter einer inerten Atmosphäre durchgeführt werden, verschiedene Prozessanforderungen, was zu dem Material führt Die Kosten (ca. 10W / t made in China) ist nicht so niedrig wie LMO (6 ~ 7W / t), aber LCO (teurer) ist billiger als NMC (13W / t).

Grund: Kobalt ist teurer als Nickel (China Kobalt-arm, es gibt kein), Nickel als Mangan Für Sie, welches Material, welche Kosten.

Vergleichen und analysieren Sie anschließend die folgenden NCM / NCA-Materialien.

Energie ist am vorteilhaftesten (Elektroautos wollen weit fahren, das ist am wichtigsten). Darüber hinaus kann mit der Entwicklung von NCM-Materialien mit hohem Nickelgehalt die Energiedichte dieses Materials weiter verbessert werden.

(In der Tat ist es genug. Für reine Elektrofahrzeuge ist Energie wichtiger als Leistungseigenschaften für Toyota Prius. Hybridautos sind Leistungseigenschaften wichtiger, aber die Voraussetzung ist, dass Energie nicht zu frustrierend sein kann)

Das Leben ist nicht schlecht. In der Vergangenheit hatten ternäre Materialien möglicherweise eine Lebenserwartung von etwa dem 1000-fachen, aber in den letzten Jahren kann die Lebensdauer des Materials mit dem Fortschritt der Forschung und Entwicklung 2000 Wochen erreichen (es scheint, dass der Standard immer noch 80% oder mehr halten kann Wie viel, kann mich nicht erinnern) Dies ist bereits sehr beeindruckend, wie Ihr Elektroauto, eine Ladung pro Tag, 365 Mal im Jahr, 2000 Mal genug für Sie für 6 Jahre, viele Menschen planen, Autos zu diesem Zeitpunkt zu wechseln.

Die Kosten sind etwas hoch (zuerst anerkennen).

Immerhin wird etwas Nickel-Kobalt-Metall verwendet, die Kosten sind hoch, aber dieses Material ist zumindest billiger als LCO-Lithiumkobaltat, so dass es in Zukunft auf dem Gebiet der Unterhaltungselektronik immer noch vielversprechend ist, LCO-Materialien zu ersetzen.

Schlechte Sicherheit, insbesondere in Bezug auf Lithiumeisenphosphat, NCM / NCA-Materialien nehmen beim Laden Sauerstoff auf, und die Wahrscheinlichkeit von Unfällen bei der Verwendung ist höher als bei LFP-Materialien. Die Sicherheit von Batterien mit ternärem Material war schon immer problematisch.

Hier befindet sich jedoch nicht nur ein positives Elektrodenmaterial in der Batterie, sondern wir können dieses Problem auch lösen, indem wir die Elektrolytzusammensetzung anpassen, die Membran optimieren (Keramikmembran Shenma) und das Batteriesteuerungssystem optimieren (Kühlung, Sicherheitsschutz). Obwohl die Sicherheit von NCM / NCA-Materialien schon immer ein Problem war, gibt es noch Raum für Verbesserungen und Lösungen. Wenn ich sage, dass ich das Sicherheitsproblem vollständig lösen kann, denke ich, dass es alles Hooligans sind. Das Batteriesteuerungssystem ist so sicher wie möglich und kann keine 100% ige Sicherheit garantieren.

Welches ist sicherer?

Vergleichen Sie diese beiden Materialien hier, die wichtigste Energiedichte ist, dass NCM / NCA gewinnt, die Lebensdauer von NCM / NCA ist nicht schlecht, die Sicherheit von NCM / NCA ist schlechter, aber nicht ernst, die Leistung ist nicht zu wichtig, beides Ja, die Die Kosten für NCM / NCA sind höher.

Hierbei ist jedoch zu beachten, dass die Kosten für NCM / NCA hoch sind, dh die Kosten pro Masseneinheit (rmb / kg).

In Anbetracht der hohen NCM / NCA-Energiedichte pro Masseneinheit (Wh / kg) ist NCM / NCA vorteilhafter, wenn die Kosten pro Energieeinheit umgerechnet werden (rmb / Wh), und wird daher aus den Kosten der Materialeinheit berechnet . Das Ergebnis kann trügerischer sein.

Apropos, ich kann nicht anders als mich zu übergeben: Sie sind jeden Tag zu teuer für Elektrofahrzeuge, weil die Batterie mehr verbraucht wird, weil die Kosten für Energieeinheiten (rmb / Wh) zu hoch sind und es wirklich schwierig ist, sie fallen zu lassen wir

Ich werde den Nordwestwind trinken. Ah, ah ah == Ein weiterer Punkt ist, dass die Lithiumeisenphosphat-Entladungsplattform zu flach ist, es ist nicht gut, ein Batteriesteuerungssystem zu betreiben, NCM / NCA ist besser.

Als Forschungshund für Lithiumeisenphosphat muss ich jedoch ein paar Worte für unsere Materialien sagen: Im Streben nach Sicherheit und Häufigkeit hat die Lithiumeisenphosphatbatterie immer noch einen Vorteil, insbesondere wenn Sie jeden Tag Elektroautos schreien, Menschen mit Unsichere Batterien stimmen für uns Lithiumeisenphosphat.

Darüber hinaus muss Lithiumeisenphosphat kein Nickel und Kobalt verwenden, was für die nationale Ressourcensicherheit hilfreich ist (tatsächlich wird es nicht zu häufig verwendet, aber diese Industrie ist auch teuer, wenn sie einmal verwendet wird).

und Lithiumeisenphosphat-Material Immerhin ist die Lebenserwartung immer noch die beste, so dass sie in einigen Fällen Vorteile hat (wie einige Batterien billig sind, aber die Lebensdauer kann weniger als die Hälfte von Lithiumeisenphosphat betragen, die Kosten sind nicht die Gleiches gilt für die Zeit, ich sage dir nur nicht, dass es LMO ist), jeder muss lernen, Konten zu begleichen.

In Fällen, in denen die Anforderungen an die Energiedichte nicht besonders hoch sind, ist Lithiumeisenphosphat immer noch vorteilhaft, beispielsweise in neuen Bereichen wie der Energiespeicherung.

Um es ganz klar auszudrücken: Um reine Elektrofahrzeuge weiter laufen zu lassen, sind Batterien mit höherer Energiedichte beliebter.