鉅大LARGE | 點擊量：1704次 | 2023年06月30日
特斯拉為何采用18650鋰離子電池？18650鋰離子電池的介紹
首先糾正一個概念，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。
特斯拉為何使用松下18650鋰離子電池？
OK，現在開始回答，先說簡單版通俗型摘要：
特斯拉使用的松下18650鋰離子電池，以NCA為正極，并且設計了復雜的電池管理系統，從而盡可能保證和提高了電池工作的高效性與安全性。至于是否絕對的安全，這個無法回答，你假如想說自燃，我還想說汽油車夏天也自燃呢。
關于純電動汽車（不考慮插電混動以及純混，人家可以靠汽油開掛），我們最最糾結的是什么？里程焦慮，就是開不遠，因為電池的能存儲的能量密度太低，車用電池成組后現在一般也就100~150Wh/kg的能量密度，汽油的這個數值大概是10000……所以哪怕你像烏龜相同背一車電池都不見得解決問題。大家天天吐槽電動汽車天天充電跑不遠半路沒電了怎么辦，都是能量密度太低給害的。
符合Exic IIB T4 Gc防爆標準
充電溫度：0~45℃
-放電溫度：-40~+55℃
-40℃最大放電倍率：1C
-40℃ 0.5放電容量保持率≥70%
現在電池技術的最大短板，就是能量密度太低，落后于摩爾定律無窮遠……別扯那些鋰空什么的，即使它們能量密度也不夠高，關鍵是離實用還遠……
所以至于為何不采用磷酸鐵鋰離子電池，我想說，重要原因，應該是容量（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，電壓還低，只有3.4V，所以乘出來的能量就更低了）。
實際的汽車用電池組都是串并聯組合出來的，要用串聯來提高電壓，此時，單節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，光說容量低是不嚴謹的。
本人的工作就是在國內某研究所做磷酸鐵鋰的某升級產品的研發，還同時亂看一些其它材料，鋰離子電池和電動汽車的東西，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。
比較的材料是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=LiMn2O4spinel,LFP=LiFePO4olivine
從這個圖中，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功率一點也不低（在鄙研究所自制的中試級磷酸鐵鋰，5C可以做到130mAh/g滴（當然PHOSTECH的也可以......）。包碳+納米化材料倍率性能還是很強大的！
Life壽命和Safety安全性最優，這重要得益于該材料中聚陰離子PO43-的結合用途，使得氧結合的更好，與電解液的反應活性低，不像三元材料那樣更容易出現一些出現氧氣鼓泡等現象。壽命上，一般認為可以>4000次循環。
Cost成本，磷酸鐵鋰還不錯，成本上僅次于LMO錳酸鋰材料（這個東西，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，但是做成納米粉要一些成本，熱處理又要在惰性氣氛下進行，種種工藝要求，導致該材料的成本（國產的大約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。
•然后再比較分析以下NCM/NCA材料
能量最有優勢（電動汽車就想跑遠點，這個最重要）。此外隨著高鎳NCM材料的研發推出，這個材料的能量密度還能有進一步的提升
功率還可以（其實也夠用了，關于純電動汽車，能量比功率特性更為重要，關于豐田Prius這種混動車，功率特性才更重要，但前提是能量不能太挫）
壽命，也不錯。之前的時候，三元材料可能壽命在1000次左右，但是近幾年來隨研發工作的進展，該材料的壽命已經可以達到2000周（好像標準是還能保持80%還是多少，記不清了），這就已經很可觀了，比如你電動汽車，一天一充，一年365次，2000次夠你6年了，好多人這時都打算換車啦。
成本有點高（先承認這點）。
畢竟用了些鎳鈷金屬，成本高點正常，但是這個材料至少比LCO鈷酸鋰便宜，所以以后在日常電子消費品領域，取代LCO材料還是比較有前途的。
安全差，尤其是相關于磷酸鐵鋰而言，NCM/NCA材料充電時會往外冒氧氣，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節，隔膜優化（陶瓷隔膜神馬）以及優化電池控制系統（冷卻，安全防護）來減輕這個問題。雖然NCM/NCA材料的安全性一直算是個問題，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，我認為都是在耍流氓。電池控制系統，是盡可能提高安全度，不可能保證100%安全。
哪個更安全？
所以在此比較一下這兩個材料，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，但是不嚴重，功率不算太重要，兩者都不錯，成本上NCM/NCA高一點。
•但是在這里注意了：成本上NCM/NCA高，是單位質量的成本(rmb/kg)。
考慮到單位質量的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還更加有優勢一些，所以從單位材料的成本來單純計算，結果可能是比較有欺騙性的。
說到這里，我忍不住要吐槽：你們天天嫌電動汽車貴，就是因為電池用的多，就是因為單位能量的成本（rmb/Wh）這個數太高，其實真的很難降啊，我們都快喝西北風了啊啊啊啊==
•另外一點，就是磷酸鐵鋰放電平臺太平，不好做電池控制系統啊，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，磷酸鐵鋰離子電池還是有優勢的，尤其是請天天吵著電動汽車、電池不安全的人多為我們磷酸鐵鋰投票。
此外磷酸鐵鋰不要用鎳鈷這些玩意，關于國家資源安全是有所幫助的（好吧，其實也用不太多，不過這產業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，所以在某些要求時間的場合，它有優勢（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，折合使用時間后成本就不相同了，我才不告訴你是LMO呢），大家要學會算賬。
在一些能量密度要求不是特別高的場合，磷酸鐵鋰還是有優勢的，比如儲能等新領域。18650電池是圓柱形的，內部有液體，因為電池設計和材料原因，18650適合大電流，因此幾乎所有筆記本、電動汽車都是用18650電池設計；只有超級筆記本，因為節能，所以可以不采用18650電池而轉而使用聚合物鋰離子電池，尤其是平板電腦等；數碼相機因為閃光燈的充放電要大電壓和瞬間大電流，所以只能用18650類似的電池，只是體積稍小；
聚合物鋰離子電池優點，體積小，容量大，缺點是壽命比18650短，因為使用不同設計和材料，有些內部有液體，有些是干性的或者是膠體性的，且大電流放電時性能不如18650的圓柱形電池，所以要大容量小體積的用電設備，通常使用聚合物鋰離子電池，最典型的表現就是手機、平板電腦等設備。
18650鋰離子電池的優點：
1、容量大
18650鋰離子電池的容量一般為1200mah~3600mah之間，而一般電池容量只有800左右，假如組合起來成18650鋰離子電池組，那18650鋰離子電池組是隨隨便便都可以突破5000mah的。
2、壽命長
18650鋰離子電池的使用壽命很長，正常使用時循環壽命可達500次以上，是普通電池的兩倍以上。
3、安全性能高
18650鋰離子電池安全性能高，不爆炸，不燃燒；無毒，無污染，經過RoHS商標認證；各種安全性能一氣呵成，循環次數大于500次；耐高溫性能好，65度條件下放電效率達100%。為防止電池短路現象，18650鋰離子電池的正負極是分開的。所以它發生短路現象的可能已經降到了極致。可以加裝保護板，防止電池過充過放，這樣還能延長了電池的使用壽命。
4、電壓高
18650鋰離子電池的電壓一般都在3.6V、3.8V和4.2V，遠高于鎳鎘和鎳氫電池的1.2V電壓。
5、沒有記憶效應
在充電前不必將剩余電量放空，使用方便。
6、內阻小：
聚合物電芯的內阻較一般液態電芯小，國產聚合物電芯的內阻甚至可以做到35m以下，極大的減低了電池的自耗電，延長手機的待機時間，完全可以達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品。
7、可串聯或并聯組合成18650鋰離子電池組
8、使用范圍廣
筆記本電腦、對講機、便攜式DVD，儀器儀表、音響設備、航模、玩具、攝像機、數碼照相機等電子設備
作為鋰離子電池家族的重要組成，18650電池早年被廣泛運用于消費類電子產品中。近幾年來隨著新能源汽車的強勢崛起，18650電池也開始被運用到新能源汽車行業。
除去老牌的特斯拉，目前包括保時捷與國內的江淮、眾泰、長安、廣汽等也紛紛加入到18650電池車型的研發隊伍中來。業內人士稱，未來會有更多車型戀上18650電池，推動著18650電池的運用之路發生顛覆性的改變。
