テスラがパナソニック18650リチウム電池を選ぶのはなぜですか？

【編集者注】この記事の著者は、フライ・リウ、セラミック材料、リチウム電池材料、パワーバッテリー、THU博士です。現在、清華大学エネルギーインターネットイノベーション研究所で働いており、主にエネルギー貯蔵技術の開発を担当しています。

テスラが18650リチウム電池を使用するのはなぜですか？

研究所で働くエンジニアとして、ようやく自分の分野で一言話す機会がありました。

まず、概念を正すために、「リチウム電池」は、私たちが一般的に言う「リチウムイオン電池」の略語であり、「強誘電体」は実際にはリン酸鉄リチウムを正極として使用するリチウムイオン電池であると言う人もいます素材は「リチウム電池」です。

人気のあるバージョンの簡単なバージョンから始めましょう：

テスラは、NCAを正極としたパナソニック18650リチウム電池を使用し、電池の効率と安全性を可能な限り確保および改善するための複雑な電池管理システムを設計しました。絶対安全に関しては、これは答えられません。自然発火と言えば、夏にはガソリン車も自然発火します。

純粋な電気自動車の場合（プラグインハイブリッドや純粋な混合に関係なく、人々はガソリンを頼りに開くことができます）、私たちの最も絡み合っているものは何ですか？バッテリーのエネルギー密度が低すぎるため、走行距離の不安はそれほど遠くありません。車両のバッテリーをグループ化すると、通常、エネルギー密度は100〜150Wh / kgになります。ガソリンの価値は約10000です...だからあなたがカメのような車のバッテリーの問題を解決することは問題ではありません。誰もが毎日、毎日、充電、走行、遠くない、途中、電気がない、何をすべきか、すべてのエネルギー密度が低すぎる電気自動車を噴出しています。

バッテリー技術の最大の欠点は、エネルギー密度が低すぎることです。これは、ムーアの法則に大きく遅れをとっています。それらのエネルギー密度が十分に高くなくても、鍵は実用的とはほど遠いです。

だから、リン酸鉄リチウム電池を使ってみませんか？主な理由は、容量（容量単位はAh）とエネルギー（エネルギー、つまり、Ahの容量に電圧を掛けてWhを得る）が低いことです（リン酸鉄リチウムの容量は3値よりも低く、電圧はまだ低く、3.4Vしかないため、乗算されるエネルギーはさらに低くなります）。

自動車用の実際のバッテリーパックは、直列および並列に組み合わされています。直列接続により電圧を上げる必要があります。現時点では、単一セルの電圧と異なるバッテリー間の容量の一貫性が非常に重要です。容量が少ないと言っても過言ではありません。

私の仕事は、国内の研究でリン酸鉄リチウムの改良製品を研究開発することです。また、他のいくつかの材料、リチウム電池、電気自動車も調べるので、ここで答えてください。

いくつかのカソード材料を比較するには、このグラフを導入する必要があります。これは、5つの重要なパフォーマンス基準です。

電力、寿命、コスト、安全性、およびエネルギー

比較材料は、NMC / NCA三元材料/ NCA、LCOコバルト酸リチウム、LFPリン酸鉄リチウム、LMOマンガン酸リチウムでした。 NCAとNCMは類似しており、資料では近親者であるため、ここでは1つのクラスに分類されます。

LCO = LiCoO2、層状、NMC = LiNixMnyCozO2、層状、NCA = LiNi1-y-zCoyAlzO2、層状、LMO = LiMn2O4spinel、LFP = LiFePO4olivine

この図から、次のことがわかります。

エネルギーが最も低い（悲劇、低容量が1つの側面）3.4Vの低電圧が問題です。逆の例は、マンガン酸リチウムニッケルスピネル、電圧4.7V）です。スペースの制限により、カーブを充電および放電することはここではありません。

電力はまったく低くありません。 （研究所では、自作のパイロットグレードのリン酸鉄リチウム、5Cで130mAh / gの液滴を達成できます（もちろんPHOSTECHでも可能です...）。カーボン+ナノマテリアル材料のレート性能それでも非常に強力です！

寿命と安全性は最高です。これは主に、材料にポリアニオンPO43-が含まれているため、3成分材料とは異なり、酸素結合が改善され、電解質との反応性が低くなります。酸素バブリングなどの現象が発生しやすくなります。寿命は一般的に4000サイクル以上と考えられています。

リン酸鉄リチウムのコストは悪くなく、LMOマンガン酸リチウム材料（これ、空気燃焼、マンガン）に次ぐコストです。ソースは安いです）、2番目は競争力があります。リン酸鉄リチウムの原料であるリン酸鉄リチウムは比較的安価ですが、ナノ粉末の製造には多少のコストがかかり、不活性雰囲気下で熱処理を行う必要があり、さまざまな工程が必要であり、コスト（約10W /中国製）はLMO（6〜7W / t）ほど低くはありませんが、LCO（より高価）はNMC（13W / t）よりも安価です。

理由：コバルトはニッケルよりも高価です（中国コバルト-貧しい、ありません）、マンガンよりもニッケルあなたにとって、どのような材料、どのようなコストがかかります。

次に、次のNCM / NCA資料を比較して分析します。

エネルギーが最も有利です（電気自動車は遠くまで走りたい、これが最も重要です）。さらに、高ニッケルNCM材料の開発により、この材料のエネルギー密度をさらに向上させることができます。

（実際、それで十分です。純粋な電気自動車の場合、トヨタプリウスの電力特性よりもエネルギーの方が重要です。ハイブリッド車の場合、電力特性の方が重要ですが、エネルギーはそれほどイライラすることはないという前提があります）

人生は悪くない。過去には三元材料の平均寿命は約1,000倍でしたが、近年、研究開発の進展に伴い、材料の寿命は2000週間に達する可能性があります（基準は80％を維持できるようです）電気自動車、1日1回、1年365回、6年間で2000回で十分ななど、これはすでに非常に印象的で、多くの人がこの時期に車を変えることを計画しています。

コストは少し高いです（最初にこれを認めてください）。

結局、ニッケルコバルト金属を使用しているためコストは高いが、少なくともLCOコバルト酸リチウムよりも安価であるため、将来的には家電分野でLCO材料の代替が期待されている。

特にリン酸鉄リチウムに関しては安全性が低く、NCM / NCA材料は充電時に酸素を吸収し、使用中の事故の可能性はLFP材料よりも高くなります。三元材料電池の安全性は常に問題でした。

しかし、ここでは、バッテリーに正極材料があるだけでなく、電解質組成の調整、ダイアフラムの最適化（セラミックダイアフラムシェンマ）、バッテリー制御システムの最適化（冷却、安全保護）によってこの問題を軽減することもできます。 NCM / NCA材料の安全性は常に問題でしたが、まだ改善と解決の余地があります。私がセキュリティ問題を完全に解決できると言えば、それはすべてフーリガンだと思います。バッテリー制御システムは可能な限り安全であり、100％の安全性を保証することはできません。

どちらがより安全ですか？

したがって、ここでこれら2つの材料を比較すると、最も重要なエネルギー密度はNCM / NCAの勝利、寿命NCM / NCAは悪くない、安全性NCM / NCAは悪いですが、深刻ではありません。電力はそれほど重要ではありません。両方はい、 NCM / NCAの方がコストが高くなります。

ただし、ここでは、NCM / NCAのコストが高いことに注意してください。これは、単位質量あたりのコスト（rmb / kg）です。

単位質量あたりのNCM / NCAエネルギー密度（Wh / kg）が高いことを考慮すると、エネルギーの単位あたりのコスト（rmb / Wh）を変換すると、NCM / NCAの方が有利になるため、単位材料のコストから計算されます。 。結果はより欺瞞的かもしれません。

そういえば、嘔吐せずにはいられません。毎日の電気自動車には高すぎるし、バッテリーの使用量が多いので、単位エネルギー（rmb / Wh）のコストが高すぎるので、落とすのは本当に難しいです。 、 我々

北西風を飲みます。ああ、ああああ==もう1つのポイントは、リン酸鉄リチウム放電プラットフォームが平坦すぎることです。バッテリー制御システムを実行するのは良くありません。NCM/ NCAの方が優れています。

しかし、リン酸鉄リチウムの研究犬として、私は私たちの材料についていくつかの言葉を言わなければなりません：安全性、機会の割合の追求において、リン酸鉄リチウム電池はまだ利点があります、特に毎日電気自動車を叫んでください、安全でない電池は私たちにリン酸鉄リチウムを投票します。

さらに、リン酸鉄リチウムはニッケルやコバルトを使用する必要がないため、国の資源安全保障に役立ちます（実際、あまり使用されていませんが、使用するとこの産業も高価になります）。

そして、リン酸鉄リチウム材料結局のところ、寿命はまだ最高なので、場合によっては、利点があります（一部のバッテリーは安価ですが、寿命はリン酸鉄リチウムの半分未満である可能性があり、コストはそうではありません時間の使用後も同じですが、LMOだとは言わないでください）、誰もがアカウントを決済することを学ぶ必要があります。

エネルギー密度の要件が特に高くない場合でも、エネルギー貯蔵などの新しい領域など、リン酸鉄リチウムは依然として有利です。

ですから、率直に言って、純粋な電気自動車をより遠くまで走らせるために、より高いエネルギー密度のバッテリーがより人気があります。