鉅大LARGE | 點擊量：1661次 | 2021年08月08日
特斯拉為甚么采用松下18650鋰離子電池？
作為在一個研究所工作的工程師狗，終于有機會在自己的范疇說幾句了。
首先糾正一個概念，鋰電是我們一般說的鋰離子電池的簡稱，而有些人說的鐵電，其實是使用磷酸鐵鋰為正極材料的鋰離子電池，它是鋰電的一種。
特斯拉為甚么使用松下18650鋰離子電池?
OK，今朝開始回答，先說簡單版通俗型摘要：
特斯拉使用的松下18650鋰離子電池，以NCA為正極，并且設計了復雜的電池管理系統(tǒng)，從而盡可能保證和提高了電池工作的高效性與安全性。至于是不是絕對的安全，這個無法回答，你倘若想說自燃，我還想說汽油車夏天也自燃呢。
符合Exic IIB T4 Gc防爆標準
充電溫度：0~45℃
-放電溫度：-40~+55℃
-40℃最大放電倍率：1C
-40℃ 0.5放電容量保持率≥70%
有關純電動汽車(不考慮插電混動以及純混，人家可以靠汽油開掛)，我們最最糾結的有什么?里程焦慮，就是開不遠，因為電池的能存儲的能量密度太低，車用電池成組后今朝一般也就100~150Wh/kg的能量密度，汽油的這個數(shù)值大概是10000所以哪怕你像烏龜相同背一車電池都不見得處理問題。大家天天吐槽電動汽車天天充電跑不遠半路沒電了怎么辦，都是能量密度太低給害的。
今朝電池技術的最大短板，就是能量密度太低，落后于摩爾定律無窮遠別扯那些鋰空什么的，即使它們能量密度也不夠高，關鍵是離實用還遠
所以至于為甚么不采用磷酸鐵鋰離子電池，我想說，緊要原由，應當是容量(Capacity單位是Ah)，以及能量(Energy，即容量的Ah乘以電壓，得到Wh)偏低(磷酸鐵鋰容量比三元低一點，電壓還低，惟有3.4V，所以乘出來的能量就更低了)。
實際的汽車用電池包都是串并聯(lián)組合出來的，要用串聯(lián)來提高電壓，此時，單節(jié)單池的電壓以及不同電池之間的容量一致性顯得非常緊要，光說容量低是不嚴謹?shù)摹?/p>
本人的工作就是在國內某研究所做磷酸鐵鋰的某升級產(chǎn)品的研發(fā)，還同時亂看一些其它材料，鋰離子電池和電動汽車的東西，所以在這里答一下。
(今朝開始華美地半學術地展開斯米達)
要比較幾種正極材料，我們就非得引入這個圖，即五個緊要性能判據(jù)：
power功率，Life壽命，Cost成本，Safety安全，以及Energy能量。
比較的材料是NMC/NCA三元材料/NCA，LCO鈷酸鋰，LFp磷酸鐵鋰，LMO錳酸鋰。NCA和NCM比較相似，算是材料中的近親，因此在這里歸為一類說。
LCO=LiCoO2,layered,NMC=LiNixMnyCozO2,layered,NCA=LiNi1-y-zCoyAlzO2,layered,LMO=LiMn2O4spinel,LFp=LiFepO4olivine
從這個圖中，我們可以看出：
•LFp材料
Energy能量最低(悲劇，容量低是一方面，3.4V的低電壓才是問題，反面例子就是鎳錳酸鋰尖晶石，電壓4.7V)。篇幅所限，就不在這里放充放電曲線了。
power功率一點也不低(在鄙研究所自制的中試級磷酸鐵鋰，5C可以做到130mAh/g滴(當然pHOSTECH的也可以......)。包碳+納米化材料倍率性能還是很強大的!
Life壽命和Safety安全性最優(yōu)，這緊要得益于該材料中聚陰離子pO43-的結合用途，使得氧結合的更好，與電解液的反應活性低，不像三元材料那樣更容易出現(xiàn)一些出現(xiàn)氧氣鼓泡等現(xiàn)象。壽命上，一般認為可以4000次循環(huán)。
Cost成本，磷酸鐵鋰還不錯，成本上僅次于LMO錳酸鋰材料(這個東西，空氣燒，錳源又便宜)，第二有競爭力。磷酸鐵鋰的原料，磷鐵鋰都比較便宜，但是做成納米粉要一些成本，熱解決又要在惰性氣氛下進行，種種工藝要求，導致該材料的成本(國產(chǎn)的約莫10W/t)不像LMO那么低(6~7W/t)，但是比起NMC(13W/t)，LCO(更貴)還是便宜一些的。
原由：鈷比鎳貴(我國貧鈷啊有沒有)，鎳比錳鐵要貴，用什么原料，有什么成本。
•然后再比較分解以下NCM/NCA材料
能量最有優(yōu)點(電動汽車就想跑遠點，這個最緊要)。此外隨著高鎳NCM材料的研發(fā)推出，這個材料的能量密度還能有進一步的提升
功率還可以(其實也夠用了，有關純電動汽車，能量比功率特性更為緊要，有關豐田prius這種混動車，功率特性才更緊要，但前提是能量不能太挫)
壽命，也不錯。之前的時候，三元材料可能壽命在1000次左右，但是近幾年來隨研發(fā)工作的進展，該材料的壽命已經(jīng)可以達到2000周(猶如標準是還能保持80%還是多少，記不清了)，這就已經(jīng)很可觀了，比如你電動汽車，一天一充，一年365次，2000次夠你6年了，好多人這時都打算換車啦。
成本有點高(先承認這點)。
畢竟用了些鎳鈷金屬，成本高點正常，但是這個材料至少比LCO鈷酸鋰便宜，所以以后在日常電子消費品范疇，取代LCO材料還是比較有前途的。
安全差，尤其是相有關磷酸鐵鋰而言，NCM/NCA材料充電時會往外冒氧氣，使用中出事的可能性也高于LFp材料，三元材料電池安全性一直存在一些問題。
但是說到這里，電池里不惟有正極材料，我們還可以通過電解液成分調節(jié)，隔膜優(yōu)化(陶瓷隔膜神馬)以及優(yōu)化電池控制系統(tǒng)(冷卻，安全防護)來減輕這個問題。雖然NCM/NCA材料的安全性一直算是個問題，但是還是有提高的空間和處理的方法的。說能完全處理安全問題的，我認為都是在耍流氓。電池控制系統(tǒng)，是盡可能提高安全度，不可能保證100%安全。
哪一個更安全?
所以在此比較一下這兩個材料，最緊要的能量密度上NCM/NCA完勝，壽命上NCM/NCA不差，安全上NCM/NCA差些，但是不嚴重，功率不算太緊要，兩者都不錯，成本上NCM/NCA高一點。
•但是在這里留意了：成本上NCM/NCA高，是單位質量的成本(rmb/kg)。
考慮到單位質量的NCM/NCA能量密度高(Wh/kg)，所以折合成單位能量的成本的話(rmb/Wh)，NCM/NCA還更加有優(yōu)點一些，所以從單位材料的成本來單純計算，結果可能是比較有欺騙性的。
說到這里，我忍不住要吐槽：你們天天嫌電動汽車貴，就是因為電池用的多，就是因為單位能量的成本(rmb/Wh)這個數(shù)太高，其實真的很難降啊，我們都快喝西北風了啊啊啊啊==
•另外一點，就是磷酸鐵鋰放電平臺太平，不好做電池控制系統(tǒng)啊，NCM/NCA這方面就要好些。
不過作為一名磷酸鐵鋰研究狗，我也得為我們的材料說幾句話：在追求安全性、倍率性的場合，磷酸鐵鋰離子電池還是有優(yōu)點的，尤其是請?zhí)焯斐持妱悠?、電池不安全的人多為我們磷酸鐵鋰投票。
此外磷酸鐵鋰不要用鎳鈷這些玩意，有關國家資源安全是有所幫助的(好吧，其實也用不太多，不過這產(chǎn)業(yè)一旦大了用量也可觀);
還有，磷酸鐵鋰材料畢竟壽命還是最好的，所以在某些要求時間的場合，它有優(yōu)點(比如有的電池便宜，但是壽命可能只是磷酸鐵鋰的一半不到，折合使用時間后成本就不相同了，我才不告訴你是LMO呢)，大家要學會算賬。
在一些能量密度要求不是特別高的場合，磷酸鐵鋰還是有優(yōu)點的，比如儲能等新范疇。
所以，說來說去，為了讓純電動汽車跑的更遠，能量密度更高的電池更受酷愛。
參考文獻：TheCurrentMoveofLithiumIonbatteriesTowardstheNextphase.Adv.EnergyMater.2012,DOI:10.1002/aenm.201200028
