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特斯拉是使用什么电池?科普一下动力电池的发展状况2020-06-15 15:41:56 来源:新车评 小 大 军事APP头条APP经常开车的朋友想必对燃油标号都已经十分了解了,但在即将来临的电动车时代,电池的型号你又了解多少呢?比较有意思的是,不通电池类型的能量密度区别还是比较大的,也就是说同样的车换不同的电池就能造出续航里程不同的版本。但燃油车不管你加92的油还是98的油,对续航的影响都是微乎其微的。所以,今天我们就来给大家科普一下目前动力电池的发展状况。
在18年以前,市面上的动力电池是三元锂与磷酸铁锂平分天下的年代。拿17年来说,三元锂电池装机量为16.04千兆瓦时,占比为44.01%;磷酸铁锂电池装机量为17.97千兆瓦时,占比为49.29%。但由于现有技术条件下,磷酸铁锂电池能量密度有限,18年开始国家对小客车的补贴政策开始向三元锂电池倾斜。所以近年来新上市的电动车搭载的动力电池基本均为三元锂电池。
简单来说三元锂电池是一种以镍钴元素作为正极材料,以锰盐或铝盐来稳定化学架构的锂电池。而在三元锂电池中又主要分为NCM与NCA两种技术路线。
NCM是指正极材料由镍钴锰三种材料由一定比例组合而成,而NCA的正极材料是由镍钴铝构成,每个字母对应的都是相关元素的化学首字母。由于这两类锂电池能量密度相对更高,还能够平衡续航和稳定性,所以它们成为了目前电动汽车电池的首选。
那么NCM与NCA两种技术路线哪个更占优势呢?
直接说结论,目前这两种技术谁都没有绝对的优势来击倒对方,但因国内生产技术等原因,国产电动汽车大多搭载NCM三元锂电池。
先来说NCA电池,特斯拉的车型目前搭载的均为这一类型的电池,例如Model 3的21700电池,单体密度已经可以做到300Wh/kg。NCA中镍钴铝常见的配比为8:1.5:0.5,铝的含量非常少,因此可以理解它接近二元材料,以铝(过渡金属)代替锰,是将镍钴锰酸锂通过离子掺杂和表面包覆进行改性,离子掺杂可以增强材料的稳定性,提高材料的循环性能。但是在制作过程中,由于Al为两性金属,不易沉淀,因此NCA材料制作工艺上存在门槛。
镍钴铝电池,对制作工艺要求高且成本高,但铝可以起到提高电池循环化学稳定性的作用,搭配在三元体系中,镍含量可以得到一定提升,从而实现更高的电池能量密度。但是镍钴铝晶体结构较镍钴锰不稳定,容易在较高温度的情况下,发生崩塌导致热失控,且pH 值过高易使单体胀气,进而引发危险。
由于NCA材料的技术壁垒高,目前产能主要集中在日韩,我国量产较少。主要供应商有住友金属(Sumitomo)、日本化学产业株式会社和户田化学(Toda),韩国的Ecopro和GSEM也有少量产品销售。其中,Toda主要供应日本AESC和韩国LGC,Sumitomo主要供应松下和PEVE,韩国的Ecopro对应客户为SDI。
而关注电动车的朋友可能会对“811电池”有所耳闻。这个811其实就是属于NCM技术路线的,就是指NCM三元锂电池中镍、钴、锰三种元素所占的比例为8:1:1。按照镍钴锰三者含量的不同,NCM常见的型号有NCM523、NCM622、NCM811等。其中大多数国产电动车目前都使用的是523或者622型号的NCM电池。而目前NCM技术的发展趋势就是去钴并提高镍,例如最新的811电池就是这个趋势。
目前我国的宁德时代已经从去年年底开始量产NCM 811电池,像蔚来ES6和广汽新能源Aion S目前已经搭载了这一电池。它的单体能量密度可以达到250Wh/kg。但由于镍钴锰电池内的锰元素较难稳定更多的镍,导致目前镍钴锰体系能量密度稍低,所以目前续航表现不如镍钴铝电池,且正极材料的热稳定性就越差。在遇到高温、外力冲击等情况时,高镍电池会存在安全隐患。而且高镍电池充电时产气会导致电池鼓胀也是一个待解的问题。
但不管是NCM还是NCA,都是为了解决LiNiO2的稳定性问题,Mn和Al都是不发挥容量的,类似的支撑作用,稳定性更好。简单点说就是说镍越高能量密度就会越大,但就会越不稳定。所以三元锂电池的电动车温控系统和软件防护系统都是较为重要的,是保障电池安全的关键。
至于安全问题其实大家也不必过多担心,可以这么说只要是电池就会存在安全隐患,但随着防护技术和封装技术的提升,如今的电池包安全性已经十分成熟。
所以在现有电池技术没有较大突破之前,NCA与NCM其实并没有一方具有压倒性的优势,高镍的三元锂电池仍是行业的发展方向。
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