特斯拉為什么采用18650鋰電池？18650鋰電池的介紹
來源：寶鄂實(shí)業(yè)
2019-03-15 15:17
點(diǎn)擊量：次
首先糾正一個(gè)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(shí)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。
特斯拉為什么使用松下18650鋰電池？
OK，現(xiàn)在開始回答，先說簡單版通俗型摘要：
特斯拉使用的松下18650鋰電池，以NCA為正極，并且設(shè)計(jì)了復(fù)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。至于是否絕對(duì)的安全，這個(gè)無法回答，你如果想說自燃，我還想說汽油車夏天也自燃呢。
對(duì)于純電動(dòng)汽車（不考慮插電混動(dòng)以及純混，人家可以靠汽油開掛），我們最最糾結(jié)的是什么？里程焦慮，就是開不遠(yuǎn)，因?yàn)殡姵氐哪艽鎯?chǔ)的能量密度太低，車用電池成組后現(xiàn)在一般也就100~150Wh/kg的能量密度，汽油的這個(gè)數(shù)值大概是10000……所以哪怕你像烏龜一樣背一車電池都不見得解決問題。大家天天吐槽電動(dòng)汽車天天充電跑不遠(yuǎn)半路沒電了怎么辦，都是能量密度太低給害的。
現(xiàn)在電池技術(shù)的最大短板，就是能量密度太低，落后于摩爾定律無窮遠(yuǎn)……別扯那些鋰空什么的，即使它們能量密度也不夠高，關(guān)鍵是離實(shí)用還遠(yuǎn)……
所以至于為什么不采用磷酸鐵鋰電池，我想說，主要原因，應(yīng)該是容量（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(diǎn)，電壓還低，只有3.4V，所以乘出來的能量就更低了）。
實(shí)際的汽車用電池組都是串并聯(lián)組合出來的，需要用串聯(lián)來提高電壓，此時(shí)，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重要，光說容量低是不嚴(yán)謹(jǐn)?shù)摹?/div>
本人的工作就是在國內(nèi)某研究所做磷酸鐵鋰的某升級(jí)產(chǎn)品的研發(fā)，還同時(shí)亂看一些其它材料，鋰電池和電動(dòng)汽車的東西，所以在這里答一下。
Power功率，Life壽命，Cost成本，Safety安全，以及Energy能量。
對(duì)比的材料是NMC/NCA三元材料/NCA，LCO鈷酸鋰，LFP磷酸鐵鋰，LMO錳酸鋰。NCA和NCM比較相近，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 = LiMn2O4 spinel, LFP = LiFePO4 olivine
從這個(gè)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(diǎn)也不低（在鄙研究所自制的中試級(jí)磷酸鐵鋰，5C可以做到130mAh/g滴（當(dāng)然PHOSTECH的也可以......）。包碳+納米化材料倍率性能還是很強(qiáng)大的！
Life壽命和Safety安全性最優(yōu)，這主要得益于該材料中聚陰離子PO43-的結(jié)合作用，使得氧結(jié)合的更好，與電解液的反應(yīng)活性低，不像三元材料那樣更容易出現(xiàn)一些產(chǎn)生氧氣鼓泡等現(xiàn)象。壽命上，一般認(rèn)為可以>4000次循環(huán)。
Cost成本，磷酸鐵鋰還不錯(cuò)，成本上僅次于LMO錳酸鋰材料（這個(gè)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，但是做成納米粉需要一些成本，熱處理又要在惰性氣氛下進(jìn)行，種種工藝要求，導(dǎo)致該材料的成本（國產(chǎn)的大約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。
原因：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。
•然后再對(duì)比分析以下NCM/NCA材料
能量最有優(yōu)勢(shì)（電動(dòng)汽車就想跑遠(yuǎn)點(diǎn)，這個(gè)最重要）。此外隨著高鎳NCM材料的研發(fā)推出，這個(gè)材料的能量密度還能有進(jìn)一步的提升
功率還可以（其實(shí)也夠用了，對(duì)于純電動(dòng)汽車，能量比功率特性更為重要，對(duì)于豐田Prius這種混動(dòng)車，功率特性才更重要，但前提是能量不能太挫）
壽命，也不錯(cuò)。之前的時(shí)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(jìn)展，該材料的壽命已經(jīng)可以達(dá)到2000周（好像標(biāo)準(zhǔn)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(dòng)汽車，一天一充，一年365次，2000次夠你6年了，好多人這時(shí)都打算換車?yán)病?/div>
成本有點(diǎn)高（先承認(rèn)這點(diǎn)）。
畢竟用了些鎳鈷金屬，成本高點(diǎn)正常，但是這個(gè)材料至少比LCO鈷酸鋰便宜，所以以后在日常電子消費(fèi)品領(lǐng)域，取代LCO材料還是比較有前途的。
安全差，尤其是相對(duì)于磷酸鐵鋰而言，NCM/NCA材料充電時(shí)會(huì)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，電池里不只有正極材料，我們還可以通過電解液成分調(diào)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(hù)）來減輕這個(gè)問題。雖然NCM/NCA材料的安全性一直算是個(gè)問題，但是還是有提高的空間和解決的辦法的。說能完全解決安全問題的，我認(rèn)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。
哪個(gè)更安全？
所以在此對(duì)比一下這兩個(gè)材料，最重要的能量密度上NCM/NCA完勝，壽命上NCM/NCA不差，安全上NCM/NCA差些，但是不嚴(yán)重，功率不算太重要，兩者都不錯(cuò)，成本上NCM/NCA高一點(diǎn)。
•但是在這里注意了：成本上NCM/NCA高，是單位質(zhì)量的成本(rmb/kg)。
考慮到單位質(zhì)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還更有優(yōu)勢(shì)一些，所以從單位材料的成本來單純計(jì)算，結(jié)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(dòng)車貴，就是因?yàn)殡姵赜玫亩啵褪且驗(yàn)閱挝荒芰康某杀荆╮mb/Wh）這個(gè)數(shù)太高，其實(shí)真的很難降啊，我們都快喝西北風(fēng)了啊啊啊啊==
•另外一點(diǎn)，就是磷酸鐵鋰放電平臺(tái)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，磷酸鐵鋰電池還是有優(yōu)勢(shì)的，尤其是請(qǐng)?zhí)焯斐持妱?dòng)車、電池不安全的人多為我們磷酸鐵鋰投票。
此外磷酸鐵鋰不需要用鎳鈷這些玩意，對(duì)于國家資源安全是有所幫助的（好吧，其實(shí)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(shí)間的場合，它有優(yōu)勢(shì)（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(shí)間后成本就不一樣了，我才不告訴你是LMO呢），大家要學(xué)會(huì)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)勢(shì)的，比如儲(chǔ)能等新領(lǐng)域。18650電池是圓柱形的，內(nèi)部有液體，因?yàn)殡姵卦O(shè)計(jì)和材料原因，18650適合大電流，因此幾乎所有筆記本、電動(dòng)汽車都是用18650電池設(shè)計(jì)；只有超級(jí)筆記本，因?yàn)楣?jié)能，所以可以不采用18650電池而轉(zhuǎn)而使用聚合物鋰電池，尤其是平板電腦等；數(shù)碼相機(jī)因?yàn)殚W光燈的充放電需要大電壓和瞬間大電流，所以只能用18650類似的電池，只是體積稍??；
聚合物鋰電池優(yōu)點(diǎn)，體積小，容量大，缺點(diǎn)是壽命比18650短，因?yàn)槭褂貌煌O(shè)計(jì)和材料，有些內(nèi)部有液體，有些是干性的或者是膠體性的，且大電流放電時(shí)性能不如18650的圓柱形電池，所以需要大容量小體積的用電設(shè)備，通常使用聚合物鋰電池，最典型的表現(xiàn)就是手機(jī)、平板電腦等設(shè)備。
18650鋰電池的優(yōu)點(diǎn)：
1、容量大
18650鋰電池的容量一般為1200mah~3600mah之間，而一般電池容量只有800左右，如果組合起來成18650鋰電池組，那18650鋰電池組是隨隨便便都可以突破5000mah的。
2、壽命長
18650鋰電池的使用壽命很長，正常使用時(shí)循環(huán)壽命可達(dá)500次以上，是普通電池的兩倍以上。
3、安全性能高
18650鋰電池安全性能高，不爆炸，不燃燒；無毒，無污染，經(jīng)過RoHS商標(biāo)認(rèn)證；各種安全性能一氣呵成，循環(huán)次數(shù)大于500次；耐高溫性能好，65度條件下放電效率達(dá)100%。為防止電池短路現(xiàn)象，18650鋰電池的正負(fù)極是分開的。所以它發(fā)生短路現(xiàn)象的可能已經(jīng)降到了極致?？梢约友b保護(hù)板，避免電池過充過放，這樣還能延長了電池的使用壽命。
4、電壓高
18650鋰電池的電壓一般都在3.6V、3.8V和4.2V，遠(yuǎn)高于鎳鎘和鎳氫電池的1.2V電壓。
5、沒有記憶效應(yīng)
在充電前不必將剩余電量放空，使用方便。
6、內(nèi)阻?。?/div>
聚合物電芯的內(nèi)阻較一般液態(tài)電芯小，國產(chǎn)聚合物電芯的內(nèi)阻甚至可以做到35mΩ以下，極大的減低了電池的自耗電，延長手機(jī)的待機(jī)時(shí)間，完全可以達(dá)到與國際接軌的水平。這種支持大放電電流的聚合物鋰電更是遙控模型的理想選擇，成為最有希望替代鎳氫電池的產(chǎn)品。
7、可串聯(lián)或并聯(lián)組合成18650鋰電池組
8、使用范圍廣
筆記本電腦、對(duì)講機(jī)、便攜式DVD，儀器儀表、音響設(shè)備、航模、玩具、攝像機(jī)、數(shù)碼照相機(jī)等電子設(shè)備
作為鋰電池家族的重要組成，18650電池早年被廣泛運(yùn)用于消費(fèi)類電子產(chǎn)品中。近幾年來隨著新能源汽車的強(qiáng)勢(shì)崛起，18650電池也開始被運(yùn)用到新能源汽車行業(yè)。
除去老牌的特斯拉，目前包括保時(shí)捷與國內(nèi)的江淮、眾泰、長安、廣汽等也紛紛加入到18650電池車型的研發(fā)隊(duì)伍中來。業(yè)內(nèi)人士稱，未來會(huì)有更多車型“戀上”18650電池，推動(dòng)著18650電池的運(yùn)用之路發(fā)生顛覆性的改變。
產(chǎn)品相關(guān)推薦
-
簡介磷酸鐵鋰電池電壓與容量關(guān)系
2019-11-08
-
你知道鋰電池與鉛酸電池的區(qū)別有哪些嗎
2019-08-29
-
實(shí)用性最接近燃油車的新能源汽車，電池
2019-03-08
-
那么快充究竟安不安全，會(huì)不會(huì)對(duì)手機(jī)電
2019-06-13
-
18650鋰電池的應(yīng)用及使用方法有哪些？
2019-06-14
-
手機(jī)鋰電池鼓包修復(fù)方法有哪些？
2019-10-17
-
降低電解液密度和提高電解液溫度可以提
2019-05-17
-
介紹電動(dòng)自行車電池的正確充電方法
2019-06-15
-
鋰電池保護(hù)板工作原理及構(gòu)成介紹
2019-05-20
-
放棄進(jìn)軍鋰電池 中利集團(tuán)終止重組比克動(dòng)
2019-01-22
