Tại sao Tesla đổi thành 2170? Ưu điểm của pin lithium ternary là gì

Pin 18650 từng là huyền thoại của Tesla. Giờ đây, với việc sản xuất hàng loạt Model 3, sứ mệnh lịch sử của pin 18650 sắp kết thúc. Tất cả các mẫu xe Tesla có thể thay thế pin lithium 21700. lý do đằng sau này là gì?

1. Thành phần và phân loại?

Pin lithium có nghĩa là hệ thống điện hóa có chứa pin lithium, có thể được chia đại khái thành pin lithium và pin lithium. Do tính chất thương mại của nó là không chứa lithium kim loại và có thể sạc lại, pin lithium có thể được chia thành hình trụ và hình vuông, và nó chủ yếu bao gồm bốn phần: vật liệu điện cực dương, vật liệu điện cực âm, chất điện phân và vật liệu màng ngăn (bài viết này là bản gốc, vui lòng ghi rõ nếu nó được sao chép).

Các vật liệu cực dương khác nhau và vật liệu cực dương được sử dụng trong pin lithium có thể được chia thành các loại pin khác nhau. Ví dụ, các vật liệu làm cực dương thường được sử dụng bao gồm lithium cobalate, lithium manganate, niken, lithium sắt photphat và vật liệu ternary. Các vật liệu làm cực dương thường được sử dụng bao gồm vật liệu cacbon than chì, vật liệu gốc thiếc, vật liệu silicon và vật liệu gốc titan. Trong số đó, lithium cobalate là vật liệu làm cực dương chủ yếu cho pin lithium.

2. Hướng kỹ thuật của pin lithium là gì?

Nó còn được gọi là mangan tri coban, có nghĩa là ba vật liệu niken, coban và mangan là vật liệu tích cực, than chì là vật liệu tích cực của pin và muối niken, muối coban và muối mangan là nguyên liệu thô. Tỷ lệ niken, coban và mangan có thể được điều chỉnh theo tình hình thực tế. Các công ty pin có định hướng kỹ thuật chính, chẳng hạn như Nhật Bản và Hàn Quốc, pin lithium iron phosphate dựa trên lithium sắt photphat làm vật liệu âm và than chì làm vật liệu âm, là hướng kỹ thuật chính của BYD; Pin lithium titanate có thể được chia thành hai loại. Một là lithium titanate làm vật liệu catốt, trong khi lithium manganate và lithium iron phosphate là vật liệu ba cực và vật liệu catốt của pin lithium. Đây là hướng đi chính của Zhuhai Silver hiện nay. Loại còn lại là lithium titanate làm cực âm, và pin lithium cực âm bằng kim loại lithium hoặc hợp kim lithium (đây là sản phẩm chính hãng, bộ khởi động xe mèo, vui lòng ghi rõ chuyển khoản).

3. Ưu điểm của pin lithium ternary là gì?

Ưu điểm lớn nhất của pin lithium ternary nằm ở mật độ lưu trữ năng lượng cao, thường trên 200WH/kg và liên quan đến lithium iron phosphate 90-120Wh/kg, phù hợp hơn với nhu cầu đi được của thị trường xe du lịch . Nhiệt độ phân hủy của vật liệu pin lithium bậc ba là khoảng 200oC, sẽ giải phóng các phân tử oxy. Trong trường hợp nhiệt độ cao và cháy nhanh, pin điện phân và nguy cơ cháy nổ tự phát, yêu cầu quản lý đối với pin là rất cao. (OVP) phải bao gồm bảo vệ quá tải, bảo vệ xả (UVP), bảo vệ quá nhiệt (OTP) và bảo vệ quá dòng (OCP). Vì vậy, pin lithium bậc ba được sử dụng cho xe điện thuần túy tại thị trường Trung Quốc lên tới 76%. Tuy nhiên, số lượng xe buýt điện chỉ chiếm 27,6%, trong khi lithium iron phosphate là 64,9%.

4. Tại sao Tesla chuyển sang 2170?

Pin số 18650 và 2170 được Tesla sử dụng là pin lithium copolymer bậc ba. 18650 là pin hình trụ có đường kính 18mm, dài 65mm, còn 2170 là pin hình trụ có đường kính 21mm, dài 70mm. Vì không thể cải thiện mật độ năng lượng và giảm chi phí pin thông qua kiểm soát quy trình và nguyên liệu thô nên pin 2170 với dung lượng lớn hơn trở thành một lựa chọn tất yếu. Model và ModelX dự kiến ​​sẽ được thay thế sau lần sử dụng Model3 đầu tiên.

Musk khẳng định pin năm 2170 là loại pin có mật độ năng lượng cao nhất và rẻ nhất thế giới, với mật độ năng lượng lên tới 300 WH/kg, tương đương với 233 WH/kg vào năm 18650. Mật độ năng lượng đã tăng gần 20 %, nhưng chi phí cho hệ thống pin của nó là 155 đô la/WH, tương ứng với 171/18650 WH, mức giảm có giới hạn. Mặc dù vẫn còn một chặng đường dài trước khi Musk đạt được mục tiêu 100 USD/watt giờ nhưng đó vẫn là một bước tiến. Bước tiếp theo là đổi mới vật liệu pin mới để giảm chi phí. Pin lithium ternary là một loại pin lithium bao gồm terpolyme lithium niken coban mangan oxit (Li (NiCoMn) O2). Sản phẩm tiền thân của vật liệu catốt tổng hợp ba lớp lấy muối niken, muối coban và muối mangan làm nguyên liệu thô, tỷ lệ niken, coban và mangan có thể được điều chỉnh theo tình hình thực tế.

An toàn là ưu tiên hàng đầu

Đặc điểm của pin lithium bậc ba là mật độ năng lượng cao và điện áp cao nên bộ pin có cùng trọng lượng sẽ có dung lượng lớn hơn, xe có thể đi xa hơn và nhanh hơn. Tuy nhiên, điểm yếu của nó nằm ở tính ổn định kém. Nếu xảy ra đoản mạch bên trong hoặc chất dương gặp nước sẽ gây cháy nổ. Vì vậy, một lớp vỏ thép thường được sử dụng để bảo vệ. Bộ pin của Tesla bao gồm khoảng 7000 pin 18650. Mặc dù Tesla cung cấp khả năng bảo vệ toàn diện cho bộ pin nhưng vẫn có nguy cơ hỏa hoạn trong các vụ tai nạn va chạm nghiêm trọng.

Điều này là do hai vật liệu này sẽ bị phân hủy khi đạt đến nhiệt độ nhất định. Lithium ternary thấp hơn khoảng 200oC và lithium sắt photphat thấp hơn khoảng 800oC. Phản ứng hóa học của vật liệu lithium bậc ba mạnh hơn, giải phóng các phân tử oxy và chất điện phân sẽ cháy nhanh ở nhiệt độ cao, dẫn đến phản ứng dây chuyền. Nói tóm lại, lithium ternary dễ bắt lửa hơn lithium iron phosphate. Điều đáng chú ý là chúng ta đang nói về vật liệu chứ không phải pin làm sẵn.

Pin lithium iron phosphate ổn định hơn nhiều. Ngay cả khi bảng điều khiển bị hỏng, đoản mạch sẽ không phát nổ và cháy, pin sẽ không bắt lửa ở nhiệt độ cao 350oC (không thể mang theo ba pin lithium ở nhiệt độ 180-250oC). Vì vậy, xét về hiệu quả an toàn, pin lithium iron phosphate tốt hơn.

Vì vật liệu lithium bậc ba tiềm ẩn những nguy cơ an toàn như vậy nên các nhà sản xuất cũng đang cố gắng ngăn ngừa tai nạn. Theo đặc tính nhiệt phân của vật liệu lithium bậc ba, các nhà sản xuất sẽ rất coi trọng việc bảo vệ quá tải (OVP), bảo vệ quá mức (UVP), bảo vệ quá nhiệt (OTP) và bảo vệ quá dòng (OCP). Tesla tự tin vào sự an toàn vì họ có hệ thống quản lý pin có thể quản lý tốt hơn các loại pin lithium hoạt động mạnh hơn. Tất nhiên, khi ngày càng có nhiều công ty pin, công ty ô tô và công ty quản lý pin chuyên nghiệp tiếp tục phát triển trong lĩnh vực này, thì ngày càng nhiều công ty cũng có thể đạt được khả năng quản lý pin xuất sắc, điều này sẽ cải thiện đáng kể độ an toàn.