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三代特斯拉不断变动电池方案 磷酸铁锂和三元电池持续升级

自2009年开始特斯拉松下相助临盆高密度汽车电池,以减轻资源、技巧压力。在拥有业界最先辈的电机、电控技巧,需求赓续飙升的背景下,特斯拉加大年夜了举世化方式,并拥有了更多电池供应链伙伴。

不久前路透社报道特斯拉将采购宁德期间的(无钴电池)磷酸铁锂电池,估计利用于低配版国产特斯拉车型,标准版和长续航版依旧应用 LG 化学的 NCM811 电池。

之后特斯拉将自建电池临盆线,只管电池自立才是特斯拉未来低落资源的最终规划,然则在此之前,仍旧会有大年夜批财产链相关企业受益。

被电池供应链扼住咽喉,三代特斯拉赓续更改电池规划

新能源汽车电池应用的是锂电池,而锂电池的差异性,是它们的正、负极和电解液应用材料除锂以外组合的不合抉择的。电池的正极组合在成长历程中变更是对照大年夜的,然则负极组合就不停对照稳定。

锂电池负极材料一样平常被划分为两个种别,一类是碳材料例如天然石墨,一类长短碳负极材料例如硅基材料。由于他们的化学性子对照稳定。

不合的处所在于,硅的能量容量是碳的10倍,然则从空载到完全充电,石墨体积膨胀7%-10%,硅膨胀300%-400%。显然硅在储能上更有潜力,然则过度的紧缩也会影响电池寿命,是以特斯拉锂电池的负极采纳的是石墨和硅的氧化物。

这也就不难理解,为什么2008年到2012年,特斯拉开始在Roodster和Model车型上应用宽18mm、高65mm的18650型号的小单元组电池。由于小单元组给到了膨胀闲暇,并且不用一整块电池一路充放电,经由过程动力治理软件可以实现单一治理,合理的充放电减轻每个单元的压力,有利于延长电池的应用寿命。

特斯拉的核心技巧壁垒恰是治理这几千个圆柱形小电池的电池治理系统和电池冷却系统。

特斯拉电池治理系统能准确估测动力电池组的电池残剩电量,并在充放电历程中,实时采集电池组中的每块电池的端电压和温度、充放电电流及电池包总电压,防止过充过放。同时能够及时给出电池状况,遴选出有问题的电池,维持整组电池靠得住高效运行。

特斯拉的电池冷却系统,是一套专门的液体轮回温度治理系统,“冷却液”由 50%的水和 50%的乙二醇混杂而成,从进水口进入冷却液扁管,在管路环抱每一节单体电池流动,从出水管流出带走热量,热量终极会在车辆头部热互换器披发出去完成轮回。

从正极材料来看,特斯拉18650型号的电池属于三元锂电池,也便是应用了三种元素组合的锂电池,这三种材料为镍、钴、锰/铝,也便是主流的镍钴锰(NCM)和镍钴铝(NCA)两种组合。

2016到2018年时代, 特斯拉Model S和Model X同样也是应用松下18650型号电池,然则此中钴的含量从11kg每车下降到7kg每车。

2018年开始,Model 3的电池有了较大年夜冲破,从18650电池进级成了21700电池,能量密度达 260-280Wh/kg,而钴含量下降到4.5kg阁下。除此之外,还在电池模组上提升了电池的集成度和空间使用率,还进行了灌胶处置惩罚。将铝合金的模组布局变成了塑料件,在包管承重的条件下,实现了轻量化。

特斯拉历代车型采纳的锂离子电池不停在向低钴化成长。2012 年,特斯拉在 Model S上,钴的应用量是 11 千克/辆车;2018 年,特斯拉在 Model 3 上,钴的应用量为 4.5 千克/辆车,耗损量仅为 2.8%。同年,马斯克在推特上表示:“下一代电池含钴量要为零。”

确定去钴趋势背景下,磷酸铁锂和三元电池的持续进级

电动汽车中的动力电池部分一样平常占到了整车资源的40%以上。而锂电池应用的罕见金属材料的价格又抉择了动力电池的资源。据常识流懂得,正极材猜中镍、钴、锰三种原材料在今年仲春份的价格分手为 10.3万元/吨、27.6 万元/吨、1.3 万元/吨。

今朝钴的价格就远高于镍和锰,然则未来钴的价格还有持续上涨的需求。一方面,根据CRU的统计数据,钴的举世供应量中约有10%-15%源自手抓矿,下流厂商不得不加强对供应链的治理,只管即便避免涉及人权问题滥觞的钴质料。别的一方面,跟着5G技巧的成长,智能终端对付钴的需求量也会加倍茂盛。

为了低落资源,近年来各大年夜电池厂都致力研发钴含量更低的电池,三元电池从 523 到 622 再到 811,钴的含量一步步低落。我国车企和电池厂商致力成长的偏向也是完全不含有钴的磷酸铁锂电池。

根据高工锂电,从2019年动力电池装机量看,三元电池装机量约38.39GWh,同比增长25%,占比约61.5%,占比提升7.7%,磷磷酸铁锂电池装机量约为19.98GWh,同比下滑7%,占比32%,占比下滑5.8%,锰酸锂电池装机电量约0.51 GWh,同比下滑54%;钛酸锂电池装机电量约0.38 GWh,同比下滑23%。

在动力电池领域,三元锂电池和磷酸铁锂电池是两大年夜主流,而三元锂和磷酸铁锂的优毛病异常显着并且互补。三元锂电池能量密度高、抗低温效果好,碳酸锂电池资源低、安然机能更高。

三元锂电池能量密度基础能达到240Wh/kg,险些是磷酸铁锂电池140Wh/kg的1.7倍。燃油车和电动车比拟燃油能孕育发生多余热量,然则电动力却必要严格节制电池发烧,以是在低温环境下电动车要用更多额外的能量供给室内供暖,这就会影响到低温环境下的续航体现。三元锂电池低温应用下限值为零下 30 度比碳酸铁锂更低,同时在相同低温前提下,磷酸铁锂电池衰减是三元锂电池的两倍。

只管大年夜部分主流车企主流车型会首选三元电池,并且装机量呈上升趋势,更珍视的是续航能力。然则我们也能看到,今朝特斯拉国产Model3长续航版确认三元电池规划,而低配版国产特斯拉车型将采购宁德期间的磷酸铁锂电池。

一方面可以说是特斯拉要下沉抢占市场,然则别的一方面,也要看到磷酸铁锂电池在技巧上对自身缺陷的增补。特斯拉采购宁德期间的碳酸铁锂电池也是建立在磷酸铁锂电池经由过程CTP技巧增补了部分短板的根基上的。

CTP 技巧是在磷酸铁锂原有根基上,加强集成来提升能量密度。简而言之便是简化模组布局,取消顶板、侧板等零部件优化排列。宁德期间数据显示,应用CTP技巧后,电池包零部件数量削减40%,同时省去了组装环节,低落了电池资源。然则使用率前进了15%-20%,临盆效率提升了50%,能量密度提升了10%-15%,可达到200Wh/kg以上。

除此之外比亚迪也宣布了“刀片电池”为磷酸铁锂电池提升能量密度提出办理规划。比亚迪规划则是把电芯宽度拉长厚度做薄,做成900mm以致快1m的超长电芯。可以基于不合需求定制尺寸。其电芯出极耳要领类似于软包两端出极耳和方铝壳的综合。官方称价格将比三元电池便宜 20%。

干电池技巧和超级电容,特斯拉自研电池的未来猜想

跟着2020年疾驰、宝马、大年夜众等一线品牌集中推出电动汽车新车型,行业竞争加剧,同时补贴退坡使得资源压力增大年夜。特斯拉选择应用磷酸铁锂电池,低落资源,若2020岁尾特斯拉实现国产化,国产低配版降至 20 万元,特斯拉或许能经由过程下沉产品定位以及超高性价比,继承支撑起起强大年夜的竞争力。

未来特斯拉仍旧将自建电池临盆线,是以购买宁德期间的磷酸铁锂电池只是商业策略上阶段性的选择,而特斯拉自研的“无钴电池”将详细采纳什么材料组合今朝还没有公布。

然则我们知道,2019 年5月特斯拉在财务吃亏的环境下仍旧以2.18亿美元溢价55%收购同样处于吃亏状态的Maxwell。10月电池制造设备公司Hibar呈现在了特斯拉的子公司名单上。

特斯拉自研电池技巧也将是建立在Maxwel1超级电容和干电池技巧根基上的。今朝干电池的能量密度为300Wh/kg,比特斯拉电池超过跨过20%-40%,并且具备500Wh/kg的实现路径。

主流落子电池采纳的都是湿电极工艺,在制造历程中,正极或者负极材料首先会和溶剂混杂,然后涂覆到电极片上。技巧成熟稳定,然则涂覆要领使能量密度受到了限定。与湿法工艺比拟,理论上干电池资源大年夜概能低落10%-20%,然则产能密度却能增添1倍,电池寿命还能延长,有革命性的上风。

超级电容的呈现也能办理新能源汽车动力系统的别的一个缺陷。在车辆经历反复性启停、加速等高倍率放电,会影响锂电池的轮回效率。在进行动能收受接收时,比拟经由过程功率转换单元存储至电池组中,把电能存入超级电容的损耗更低。在车辆急加速历程中,比拟传统锂离子电池组,超级电容也能够以更大年夜的功率放电,从而提升驱动机能同时避免传统锂离子电池组大年夜功率放电时孕育发生锂晶枝。可作为启停、能量收受接收、加速和充电的倍率电源。

特斯拉的自研电池可能是采纳干电池技巧综合改进镍钴锰三元锂离子电池,再共同超级电容,可以在不合的工况下充分发挥两种储能元件的上风,提升电池放电功率和放电能力。可在容量以及轮回寿命上获得显明提升。

短光阴内三元电池仍旧是主流职位地方,终究特斯拉自研电池短光阴内难以量产,而碳酸铁锂电池也在相关厂商努力下有必然冲破。然则经久来看,我们可以等候特斯拉干电池和超级电容技巧带来的新一轮技巧改革。

责任编辑:wv

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