¿Por qué Tesla elige la batería de litio Panasonic 18650?

[Nota del editor] El autor de este artículo es Frei Liu, materiales cerámicos, materiales para baterías de litio, baterías eléctricas, Dr. THU. Actualmente trabaja en el Instituto de Innovación de Internet de Energía de la Universidad de Tsinghua y es el principal responsable del desarrollo de la tecnología de almacenamiento de energía.

¿Por qué Tesla usa una batería de litio 18650?

Como ingeniero que trabaja en un instituto de investigación, finalmente tengo la oportunidad de decir algunas palabras en mi campo.

En primer lugar, para corregir un concepto, "batería de litio" es la abreviatura de "batería de iones de litio" que generalmente decimos, y algunas personas dicen que "ferroeléctrica" es en realidad una batería de iones de litio que utiliza fosfato de hierro y litio como electrodo positivo. material, que es "batería de litio".

Permítanme comenzar con una versión simple de la versión popular:

Tesla utiliza la batería de litio Panasonic 18650, con NCA como electrodo positivo, y diseñó un complejo sistema de gestión de batería para garantizar y mejorar la eficiencia y seguridad de la batería tanto como sea posible. En cuanto a la seguridad absoluta, esto no se puede responder. Si quiere decir combustión espontánea, también me gustaría decir que el coche de gasolina también se enciende espontáneamente en verano.

Para los vehículos eléctricos puros (independientemente de los híbridos enchufables y la mezcla pura, la gente puede confiar en la gasolina para abrir), ¿cuál es nuestro más enredado? La ansiedad por el kilometraje no está muy lejos, porque la densidad de energía de la batería puede almacenarse demasiado baja. Una vez agrupada la batería del vehículo, suele tener una densidad de energía de 100 ~ 150 Wh / kg. El valor de la gasolina es de aproximadamente 10000 ... así que incluso si no es un problema resolver un problema con la batería de un automóvil como una tortuga. Todos arrojan autos eléctricos todos los días, todos los días, cargando, corriendo, no muy lejos, a mitad de camino, sin electricidad, qué hacer, toda la densidad de energía es demasiado baja.

La mayor deficiencia de la tecnología de baterías es que la densidad de energía es demasiado baja, lo que está muy por detrás de la Ley de Moore. Incluso si su densidad de energía no es lo suficientemente alta, la clave está lejos de ser práctica.

Entonces, ¿por qué no usar una batería de fosfato de hierro y litio? Quiero decir, la razón principal es que la capacidad (unidad de capacidad es Ah) y la energía (energía, es decir, la capacidad de Ah multiplicada por el voltaje, obtener Wh) es baja. (la capacidad del fosfato de hierro y litio es menor que la ternaria, el voltaje sigue siendo bajo, solo 3.4V, por lo que la energía que se multiplica es aún menor).

Los paquetes de baterías reales para automóviles se combinan en serie y en paralelo. Es necesario aumentar la tensión mediante conexión en serie. En este momento, el voltaje de una sola celda y la consistencia de capacidad entre diferentes baterías son muy importantes. No es riguroso decir que la capacidad es baja.

Mi trabajo es investigar y desarrollar un producto mejorado de fosfato de hierro y litio en una investigación doméstica, y también mirar algunos otros materiales, baterías de litio y automóviles eléctricos, así que respóndalo aquí.

Para comparar varios materiales de cátodos, debemos presentar este gráfico, que son los cinco criterios de rendimiento importantes:

Energía, vida útil, costo, seguridad y energía

Los materiales comparativos fueron material ternario NMC / NCA / NCA, cobaltato de litio LCO, fosfato de hierro y litio LFP, manganato de litio LMO. NCA y NCM son similares y son parientes cercanos en el material, por lo que se clasifican como una clase aquí.

LCO = LiCoO2, en capas, NMC = LiNixMnyCozO2, en capas, NCA = LiNi1-y-zCoyAlzO2, en capas, LMO = LiMn2O4spinel, LFP = LiFePO4olivina

De esta figura, podemos ver:

La energía es la más baja (tragedia, la baja capacidad es un aspecto) El bajo voltaje de 3.4V es el problema. El ejemplo inverso es la espinela de manganato de níquel y litio, voltaje 4,7 V). Debido a las limitaciones de espacio, no está aquí para cargar y descargar la curva.

La potencia no es baja en absoluto. (En el instituto de investigación, el fosfato de hierro y litio de grado piloto de fabricación propia, 5C puede lograr gotas de 130 mAh / g (por supuesto, PHOSTECH también puede ...). Rendimiento de la tasa de material de nanomateriales de carbono + ¡Aún muy potente!

La vida y la seguridad son las mejores, lo cual se debe principalmente a la combinación del polianión PO43- en el material, lo que hace que la unión del oxígeno sea mejor y la reactividad con el electrolito sea baja, a diferencia del material ternario. Es más propenso a algunos fenómenos como el burbujeo de oxígeno. Generalmente se considera que la vida útil es> 4000 ciclos.

El costo del fosfato de hierro y litio no es malo, el costo es solo superado por el material de manganato de litio LMO (esto, quemado por aire, manganeso) La fuente es barata), el segundo es competitivo. La materia prima del fosfato de litio y hierro, el fosfato de litio y hierro es relativamente barata, pero la fabricación de nanopolvo tiene un costo, el tratamiento térmico debe llevarse a cabo en una atmósfera inerte, varios requisitos de proceso, lo que resulta en el material El costo (aproximadamente 10 W / t fabricado en China) no es tan bajo como LMO (6 ~ 7W / t), pero LCO (más caro) es más barato que NMC (13W / t).

Razón: el cobalto es más caro que el níquel (China es pobre en cobalto, no lo hay), el níquel que el manganeso Para usted, qué material, qué costo.

Luego compare y analice los siguientes materiales NCM / NCA.

La energía es la más ventajosa (los coches eléctricos quieren correr lejos, esto es lo más importante). Además, con el desarrollo de materiales NCM con alto contenido de níquel, la densidad de energía de este material se puede mejorar aún más.

(De hecho, es suficiente. Para los vehículos eléctricos puros, la energía es más importante que las características de potencia para Toyota Prius. Los autos híbridos, las características de potencia son más importantes, pero la premisa es que la energía no puede ser demasiado frustrante)

la vida no es mala. En el pasado, los materiales ternarios podían tener una esperanza de vida de unas 1.000 veces, pero en los últimos años, con el avance de la investigación y el desarrollo, la vida del material puede llegar a las 2000 semanas (parece que el estándar todavía puede mantener el 80% o menos). cuánto, no puedo recordar) Esto ya es muy impresionante, como su automóvil eléctrico, una carga al día, 365 veces al año, 2000 veces suficiente para usted durante 6 años, muchas personas están planeando cambiar de automóvil en este momento.

El costo es un poco alto (primero reconozca esto).

Después de todo, se usa algo de metal de níquel-cobalto, el costo es alto, pero este material es al menos más barato que el cobaltato de litio LCO, por lo que en el futuro, en el campo de la electrónica de consumo, reemplazar los materiales LCO sigue siendo prometedor.

La seguridad deficiente, especialmente con respecto al fosfato de hierro y litio, los materiales NCM / NCA absorberán oxígeno durante la carga, y la posibilidad de accidentes durante el uso es mayor que la de los materiales LFP. La seguridad de las baterías de material ternario siempre ha sido problemática.

Pero aquí, no solo hay un material de electrodo positivo en la batería, sino que también podemos aliviar este problema ajustando la composición del electrolito, optimizando el diafragma (diafragma cerámico Shenma) y optimizando el sistema de control de la batería (refrigeración, protección de seguridad). Aunque la seguridad de los materiales NCM / NCA siempre ha sido un problema, todavía hay margen de mejora y soluciones. Si digo que puedo resolver completamente el problema de seguridad, creo que son todos hooligans. El sistema de control de la batería es lo más seguro posible y no puede garantizar el 100% de seguridad.

¿Cuál es más seguro?

Así que compare estos dos materiales aquí, la densidad de energía más importante es NCM / NCA gana, la vida NCM / NCA no es mala, la seguridad NCM / NCA es peor, pero no es grave, la potencia no es demasiado importante, ambos Sí, el el costo es mayor en NCM / NCA.

Sin embargo, se observa aquí que el costo de NCM / NCA es alto, que es el costo por unidad de masa (rmb / kg).

Teniendo en cuenta la alta densidad de energía NCM / NCA por unidad de masa (Wh / kg), si el costo por unidad de energía se convierte (rmb / Wh), NCM / NCA es más ventajoso, por lo que se calcula a partir del costo del material unitario. . El resultado puede ser más engañoso.

Hablando de esto, no puedo evitar vomitar: eres demasiado caro para los vehículos eléctricos todos los días, porque la batería se usa más, porque el costo de la energía unitaria (rmb / Wh) es demasiado alto, es realmente difícil de bajar. , nosotros

Voy a beber el viento del noroeste. Ah, ah ah == Otro punto es que la plataforma de descarga de fosfato de hierro y litio es demasiado plana, no es bueno hacer un sistema de control de batería, NCM / NCA es mejor.

Sin embargo, como un perro de investigación de fosfato de hierro y litio, tengo que decir algunas palabras para nuestros materiales: en la búsqueda de la seguridad, el ritmo de la ocasión, la batería de fosfato de litio y hierro todavía tiene una ventaja, especialmente por favor, gritando autos eléctricos todos los días. las baterías inseguras votan por nosotros fosfato de hierro y litio.

Además, el fosfato de hierro y litio no necesita usar níquel y cobalto, lo cual es útil para la seguridad de los recursos nacionales (bueno, de hecho, no se usa demasiado, pero esta industria también es costosa una vez que se usa);

y, material de fosfato de hierro y litio.Después de todo, la esperanza de vida sigue siendo la mejor, por lo que en algunas ocasiones tiene ventajas (como algunas baterías son baratas, pero la vida puede ser inferior a la mitad del fosfato de hierro y litio, el costo no es Lo mismo después del uso del tiempo, solo no les digo que es LMO), todos deben aprender a saldar cuentas.

En los casos en los que los requisitos de densidad de energía no son particularmente altos, el fosfato de hierro y litio sigue siendo ventajoso, como nuevas áreas como el almacenamiento de energía.

Entonces, para decirlo sin rodeos, para hacer que los vehículos eléctricos puros funcionen más lejos, las baterías con mayor densidad de energía son más populares.