钜大LARGE | 点击量：615次 | 2022年04月07日
TSLA为什么采用松下18650锂离子电池？
作为在一个研究所工作的工程师狗，终于有机会在自己的范畴说几句了。
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。
特斯拉为甚么使用松下18650锂离子电池?
OK，今朝开始回答，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。至于是不是绝对的安全，这个无法回答，你倘若想说自燃，我还想说汽油车夏天也自燃呢。
符合Exic IIB T4 Gc防爆标准
充电温度：0~45℃
-放电温度：-40~+55℃
-40℃最大放电倍率：1C
-40℃ 0.5放电容量保持率≥70%
有关纯电动汽车(不考虑插电混动以及纯混，人家可以靠汽油开挂)，我们最最纠结的有什么?里程焦虑，就是开不远，因为电池的能存储的能量密度太低，车用电池成组后今朝一般也就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处理问题。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。
今朝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
所以至于为甚么不采用磷酸铁锂离子电池，我想说，紧要原由，应当是容量(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，惟有3.4V，所以乘出来的能量就更低了)。
实际的汽车用电池包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紧要，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。
(今朝开始华美地半学术地展开斯米达)
要比较几种正极材料，我们就非得引入这个图，即五个紧要性能判据：
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比较相似，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，这紧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，热解决又要在惰性气氛下进行，种种工艺要求，导致该材料的成本(国产的约莫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。
原由：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。
•然后再比较分解以下NCM/NCA材料
能量最有优点(电动汽车就想跑远点，这个最紧要)。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，有关纯电动汽车，能量比功率特性更为紧要，有关丰田prius这种混动车，功率特性才更紧要，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(犹如标准是还能保持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范畴，取代LCO材料还是比较有前途的。
安全差，尤其是相有关磷酸铁锂而言，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，电池里不惟有正极材料，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处理的方法的。说能完全处理安全问题的，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。
哪一个更安全?
所以在此比较一下这两个材料，最紧要的能量密度上NCM/NCA完胜，寿命上NCM/NCA不差，安全上NCM/NCA差些，但是不严重，功率不算太紧要，两者都不错，成本上NCM/NCA高一点。
•但是在这里留意了：成本上NCM/NCA高，是单位质量的成本(rmb/kg)。
考虑到单位质量的NCM/NCA能量密度高(Wh/kg)，所以折合成单位能量的成本的话(rmb/Wh)，NCM/NCA还更加有优点一些，所以从单位材料的成本来单纯计算，结果可能是比较有欺骗性的。
说到这里，我忍不住要吐槽：你们天天嫌电动汽车贵，就是因为电池用的多，就是因为单位能量的成本(rmb/Wh)这个数太高，其实真的很难降啊，我们都快喝西北风了啊啊啊啊==
•另外一点，就是磷酸铁锂放电平台太平，不好做电池控制系统啊，NCM/NCA这方面就要好些。
不过作为一名磷酸铁锂研究狗，我也得为我们的材料说几句话：在追求安全性、倍率性的场合，磷酸铁锂离子电池还是有优点的，尤其是请天天吵着电动汽车、电池不安全的人多为我们磷酸铁锂投票。
此外磷酸铁锂不要用镍钴这些玩意，有关国家资源安全是有所帮助的(好吧，其实也用不太多，不过这产业一旦大了用量也可观);
还有，磷酸铁锂材料毕竟寿命还是最好的，所以在某些要求时间的场合，它有优点(比如有的电池便宜，但是寿命可能只是磷酸铁锂的一半不到，折合使用时间后成本就不相同了，我才不告诉你是LMO呢)，大家要学会算账。
在一些能量密度要求不是特别高的场合，磷酸铁锂还是有优点的，比如储能等新范畴。
所以，说来说去，为了让纯电动汽车跑的更远，能量密度更高的电池更受酷爱。
参考文献：TheCurrentMoveofLithiumIonbatteriesTowardstheNextphase.Adv.EnergyMater.2012,DOI:10.1002/aenm.201200028
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