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行业动态

特斯拉采用的锂电池真的安全吗?

  • 作者:华宇金钟
  • 发布时间:2021-05-21 10:41
  • 点击:

       首先纠正一个概念,锂电是我们一般说的锂离子电池的简称,而有些人说的铁电,其实是使用磷酸铁锂为正极材料的锂离子电池,它是锂电的一种。

  特斯拉为何使用松下18650锂离子电池?

锂电池安全

  OK,现在开始回答,先说简单版通俗型摘要:

  特斯拉使用的松下18650锂离子电池,以NCA为正极,并且设计了复杂的电池管理系统,从而尽可能保证和提高了电池工作的高效性与安全性。至于是否绝对的安全,这个无法回答,你假如想说自燃,我还想说汽油车夏天也自燃呢。

  关于纯电动汽车(不考虑插电混动以及纯混,人家可以靠汽油开挂),我们最最纠结的是什么?里程焦虑,就是开不远,因为电池的能存储的能量密度太低,车用电池成组后现在一般也就100~150Wh/kg的能量密度,汽油的这个数值大概是10000……所以哪怕你像乌龟相同背一车电池都不见得解决问题。大家天天吐槽电动汽车天天充电跑不远半路没电了怎么办,都是能量密度太低给害的。

  现在电池技术的最大短板,就是能量密度太低,落后于摩尔定律无穷远……别扯那些锂空什么的,即使它们能量密度也不够高,关键是离实用还远……

  所以至于为何不采用磷酸铁锂离子电池,我想说,重要原因,应该是容量(Capacity单位是Ah),以及能量(Energy,即容量的Ah乘以电压,得到Wh)偏低(磷酸铁锂容量比三元低一点,电压还低,只有3.4V,所以乘出来的能量就更低了)。

  实际的汽车用电池组都是串并联组合出来的,要用串联来提高电压,此时,单节单池的电压以及不同电池之间的容量一致性显得非常重要,光说容量低是不严谨的。

  本人的工作就是在国内某研究所做磷酸铁锂的某升级产品的研发,还同时乱看一些其它材料,锂离子电池和电动汽车的东西,所以在这里答一下。

  (现在开始华丽地半学术地展开斯米达)

  要比较几种正极材料,我们就必须引入这个图,即五个重要性能判据:

  Power功率,Life寿命,Cost成本,Safety安全,以及Energy能量。

  比较的材料是NMC/NCA三元材料/NCA,LCO钴酸锂,LFP磷酸铁锂,LMO锰酸锂。NCA和NCM比较相近,算是材料中的近亲,因此在这里归为一类说。

  LCO=LiCoO2,layered,NMC=LiNixMnyCozO2,layered,NCA=LiNi1-y-zCoyAlzO2,layered,LMO=LiMn2O4spinel,LFP=LiFePO4olivine

  从这个图中,我们可以看出:

  LFP材料

  Energy能量最低(悲剧,容量低是一方面,3.4V的低电压才是问题,反面例子就是镍锰酸锂尖晶石,电压4.7V)。篇幅所限,就不在这里放充放电曲线了。

  Power功率一点也不低(在鄙研究所自制的中试级磷酸铁锂,5C可以做到130mAh/g滴(当然PHOSTECH的也可以......)。包碳+纳米化材料倍率性能还是很强大的!

  Life寿命和Safety安全性最优,这重要得益于该材料中聚阴离子PO43-的结合用途,使得氧结合的更好,与电解液的反应活性低,不像三元材料那样更容易出现一些出现氧气鼓泡等现象。寿命上,一般认为可以>4000次循环。

  Cost成本,磷酸铁锂还不错,成本上仅次于LMO锰酸锂材料(这个东西,空气烧,锰源又便宜),第二有竞争力。磷酸铁锂的原料,磷铁锂都比较便宜,但是做成纳米粉要一些成本,热处理又要在惰性气氛下进行,种种工艺要求,导致该材料的成本(国产的大约10W/t)不像LMO那么低(6~7W/t),但是比起NMC(13W/t),LCO(更贵)还是便宜一些的。

  原因:钴比镍贵(我国贫钴啊有没有),镍比锰铁要贵,用什么原料,有什么成本。

  然后再比较分析以下NCM/NCA材料

  能量最有优势(电动汽车就想跑远点,这个最重要)。此外随着高镍NCM材料的研发推出,这个材料的能量密度还能有进一步的提升

  功率还可以(其实也够用了,关于纯电动汽车,能量比功率特性更为重要,关于丰田Prius这种混动车,功率特性才更重要,但前提是能量不能太挫)

  寿命,也不错。之前的时候,三元材料可能寿命在1000次左右,但是近几年来随研发工作的进展,该材料的寿命已经可以达到2000周(好像标准是还能保持80%还是多少,记不清了),这就已经很可观了,比如你电动汽车,一天一充,一年365次,2000次够你6年了,好多人这时都打算换车啦。

  成本有点高(先承认这点)。

  毕竟用了些镍钴金属,成本高点正常,但是这个材料至少比LCO钴酸锂便宜,所以以后在日常电子消费品领域,取代LCO材料还是比较有前途的。

  安全差,尤其是相关于磷酸铁锂而言,NCM/NCA材料充电时会往外冒氧气,使用中出事的可能性也高于LFP材料,三元材料电池安全性一直存在一些问题。

  但是说到这里,电池里不只有正极材料,我们还可以通过电解液成分调节,隔膜优化(陶瓷隔膜神马)以及优化电池控制系统(冷却,安全防护)来减轻这个问题。虽然NCM/NCA材料的安全性一直算是个问题,但是还是有提高的空间和解决的办法的。说能完全解决安全问题的,我认为都是在耍流氓。电池控制系统,是尽可能提高安全度,不可能保证100%安全。

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