特斯拉用的電池,為什麼和我們用的不一樣?

特斯拉用的電池,為什麼和我們用的不一樣?

經常開車的朋友想必對燃油標號都已經十分了解了,但在即將來臨的電動車時代,電池的型號你又瞭解多少呢?比較有意思的是,不通電池類型的能量密度區別還是比較大的,也就是說同樣的車換不同的電池就能造出續航里程不同的版本。但燃油車不管你加92的油還是98的油,對續航的影響都是微乎其微的。所以,今天我們就來給大家科普一下目前動力電池的發展狀況。

特斯拉用的電池,為什麼和我們用的不一樣?

在18年以前,市面上的動力電池是三元鋰與磷酸鐵鋰平分天下的年代。拿17年來說,三元鋰電池裝機量為16.04千兆瓦時,佔比為44.01%;磷酸鐵鋰電池裝機量為17.97千兆瓦時,佔比為49.29%。但由於現有技術條件下,磷酸鐵鋰電池能量密度有限,18年開始國家對小客車的補貼政策開始向三元鋰電池傾斜。所以近年來新上市的電動車搭載的動力電池基本均為三元鋰電池。

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簡單來說三元鋰電池是一種以鎳鈷元素作為正極材料,以錳鹽或鋁鹽來穩定化學架構的鋰電池。而在三元鋰電池中又主要分為NCM與NCA兩種技術路線。

NCM是指正極材料由鎳鈷錳三種材料由一定比例組合而成,而NCA的正極材料是由鎳鈷鋁構成,每個字母對應的都是相關元素的化學首字母。由於這兩類鋰電池能量密度相對更高,還能夠平衡續航和穩定性,所以它們成為了目前電動汽車電池的首選。

那麼NCM與NCA兩種技術路線哪個更佔優勢呢?

直接說結論,目前這兩種技術誰都沒有絕對的優勢來擊倒對方,但因國內生產技術等原因,國產電動汽車大多搭載NCM三元鋰電池。

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先來說NCA電池,特斯拉的車型目前搭載的均為這一類型的電池,例如Model 3的21700電池,單體密度已經可以做到300Wh/kg。NCA中鎳鈷鋁常見的配比為8:1.5:0.5,鋁的含量非常少,因此可以理解它接近二元材料,以鋁(過渡金屬)代替錳,是將鎳鈷錳酸鋰通過離子摻雜和表面包覆進行改性,離子摻雜可以增強材料的穩定性,提高材料的循環性能。但是在製作過程中,由於Al為兩性金屬,不易沉澱,因此NCA材料製作工藝上存在門檻。

鎳鈷鋁電池,對製作工藝要求高且成本高,但鋁可以起到提高電池循環化學穩定性的作用,搭配在三元體系中,鎳含量可以得到一定提升,從而實現更高的電池能量密度。但是鎳鈷鋁晶體結構較鎳鈷錳不穩定,容易在較高溫度的情況下,發生崩塌導致熱失控,且pH 值過高易使單體脹氣,進而引發危險。

特斯拉用的電池,為什麼和我們用的不一樣?

由於NCA材料的技術壁壘高,目前產能主要集中在日韓,我國量產較少。主要供應商有住友金屬(Sumitomo)、日本化學產業株式會社和戶田化學(Toda),韓國的Ecopro和GSEM也有少量產品銷售。其中,Toda主要供應日本AESC和韓國LGC,Sumitomo主要供應松下和PEVE,韓國的Ecopro對應客戶為SDI。

而關注電動車的朋友可能會對“811電池”有所耳聞。這個811其實就是屬於NCM技術路線的,就是指NCM三元鋰電池中鎳、鈷、錳三種元素所佔的比例為8:1:1。按照鎳鈷錳三者含量的不同,NCM常見的型號有NCM523、NCM622、NCM811等。其中大多數國產電動車目前都使用的是523或者622型號的NCM電池。而目前NCM技術的發展趨勢就是去鈷並提高鎳,例如最新的811電池就是這個趨勢。

特斯拉用的電池,為什麼和我們用的不一樣?

目前我國的寧德時代已經從去年年底開始量產NCM 811電池,像蔚來ES6和廣汽新能源Aion S目前已經搭載了這一電池。它的單體能量密度可以達到250Wh/kg。但由於鎳鈷錳電池內的錳元素較難穩定更多的鎳,導致目前鎳鈷錳體系能量密度稍低,所以目前續航表現不如鎳鈷鋁電池,且正極材料的熱穩定性就越差。在遇到高溫、外力衝擊等情況時,高鎳電池會存在安全隱患。而且高鎳電池充電時產氣會導致電池鼓脹也是一個待解的問題。

特斯拉用的電池,為什麼和我們用的不一樣?

但不管是NCM還是NCA,都是為了解決LiNiO2的穩定性問題,Mn和Al都是不發揮容量的,類似的支撐作用,穩定性更好。簡單點說就是說鎳越高能量密度就會越大,但就會越不穩定。所以三元鋰電池的電動車溫控系統和軟件防護系統都是較為重要的,是保障電池安全的關鍵。

至於安全問題其實大家也不必過多擔心,可以這麼說只要是電池就會存在安全隱患,但隨著防護技術和封裝技術的提升,如今的電池包安全性已經十分成熟。

所以在現有電池技術沒有較大突破之前,NCA與NCM其實並沒有一方具有壓倒性的優勢,高鎳的三元鋰電池仍是行業的發展方向。

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