Patente BYD 2018
Entonces, ¿qué es una “batería sin cobalto”? ¿Realmente importa?
¿Qué es una batería libre de cobalto?
Aquí tienes una breve introducción a la ciencia. Las baterías eléctricas utilizadas en vehículos totalmente eléctricos se dividen en varias categorías según los diferentes materiales de los cátodos. Los dos circuitos técnicos más utilizados actualmente en el mercado son las "baterías ternarias de litio" y las "baterías de fosfato de hierro y litio". Los separadores, electrolitos y materiales de los electrodos negativos de estas dos baterías son básicamente los mismos. La única diferencia es el material del electrodo positivo.
En términos generales, las baterías que contienen cobalto en el material del electrodo positivo pueden denominarse "baterías que contienen cobalto", y las baterías que no contienen cobalto en el material del electrodo negativo pueden denominarse "baterías sin cobalto".
En sentido estricto, "litio ternario" se refiere a un polímero que contiene tres elementos metálicos: níquel (Ni), cobalto (Co), manganeso (Mn) o aluminio (al), entre los que se encuentra "NCM". y "La C en "NCA" representa cobalto, por lo que todas pertenecen a "baterías que contienen cobalto"; el electrodo positivo de las baterías de fosfato de hierro y litio es material LiFePO4 con estructura de olivino, por lo que normalmente pensamos en "baterías sin cobalto". como fosfato de hierro y litio.
¿Por qué utilizar pilas sin cobalto?
Además, ¿por qué Tesla cambió repentinamente a baterías sin cobalto?
De hecho, Tesla lleva muchos años trabajando duro para reducir el uso de cobalto. En 2009, Tesla utilizó baterías de óxido de cobalto y litio en el Roadster. 2012, ¿en modelaje? En el S, el consumo de cobalto es de 11 kg/vehículo. 2018, ¿en modelaje? 3. La dosis de cobalto es de 4,5 kg/vehículo. Hasta ahora. En 2020, Tesla planea fabricar baterías sin cobalto. El uso de cobalto está disminuyendo gradualmente, en última instancia debido al "coste".
Como todos sabemos, el componente central de los vehículos eléctricos es el sistema de tres eléctricos. Entre los tres sistemas de energía, el costo de la batería es el más alto y representa entre el 35% y el 40% del costo de todo el vehículo; entre las baterías ternarias de litio, el costo de los materiales de cobalto es el más alto y representa el 30%; 40% del coste de toda la batería. En las baterías de fosfato de hierro y litio, el material del cátodo solo representa aproximadamente entre el 13% y el 15% del costo de la batería.
En la anterior reunión de 100 personas sobre vehículos eléctricos, Gao Zeng, académico de la Academia de Ciencias de China, mencionó que el coste actual de las baterías eléctricas para vehículos de nuevas energías está entre 0,6 y 1,0 yuanes/Wh. , siendo el límite inferior relativamente más barato para las baterías de fosfato de hierro y litio, el límite superior son las baterías de litio ternarias de mayor costo. Al reemplazar las baterías sin cobalto, Tesla puede seguir reduciendo costos y tamaño.
El uso de “baterías sin cobalto” incluye no sólo la reducción de precios, sino también la estabilidad de precios y suministro. Debido a que el cobalto suele ser un subproducto de la minería del cobre o del níquel, es vulnerable a las fluctuaciones en la demanda y los precios de estos metales.
Además, lo que fácilmente se pasa por alto es que Tesla y Contemporary Ampere Technology Co., Ltd. en realidad se están deshaciendo de los grilletes de los principales proveedores al adoptar nuevas tecnologías de baterías. Antes de esto, todos sabíamos que Tesla y Panasonic habían establecido una relación de cooperación muy estrecha, pero ¿en Model? 3 Cuando la capacidad de producción aumentaba, Musk se quejó repetidamente de la velocidad del suministro de baterías de Panasonic, lo que provocó muchos "escándalos". En otras palabras, cuando sólo hay un proveedor principal clave, es extremadamente riesgoso para la fabricación de Tesla.
Aumentar proveedores, desarrollar nuevas rutas técnicas y poner huevos en cestas diferentes son planes más inteligentes en la competencia empresarial. Justo cuando el autor escribía este artículo, surgió una nueva noticia de que Tesla se estaba preparando para producir sus propias baterías, lo que también confirmó esta especulación.
Curiosamente, cuando los forasteros especularon que Tesla y Contemporary Amperex Technology, Limited desarrollarían conjuntamente una nueva generación de baterías de fosfato de hierro y litio, Tesla Giga Shanghai respondió a los internautas de Tik Tok: "Por favor, presten atención a Tesla en la batería". conferencia de lanzamiento en abril, el hecho de que no haya cobalto no significa que deba ser fosfato de hierro y litio". El comentario fue posteriormente eliminado por el funcionario. Esto nos hace sentir aún más curiosidad por la colaboración entre los dos.
Sin embargo, ya sea la ruta de usar baterías de fosfato de hierro y litio sin cobalto o la ruta de usar baterías con alto contenido de níquel NCM811 para avanzar a baterías cuaternarias NCMA (níquel-cobalto-manganeso-aluminio), otras Las baterías se utilizan gradualmente en el proceso. El elemento de revestimiento reemplaza al cobalto. Esto es algo bueno porque:
Para Tesla, cooperar con el gigante nacional de baterías eléctricas Contemporary Ampere Technology Co., Ltd. no solo puede reducir aún más los costos, sino también mejorar la eficiencia. Al mismo tiempo, puede aumentar los canales de suministro de baterías y garantizar que la fábrica de Shanghai no esté restringida por cuellos de botella en las baterías. Se puede decir que mata dos pájaros de un tiro.
En lo que respecta al mercado de vehículos de nueva energía, la cooperación entre Tesla y Contemporary Ampere Technology Co., Ltd. reducirá aún más los costos de fabricación de los Tesla nacionales y seguirá aprovechando el espacio de precios de los vehículos nacionales. Teslas y activar aún más el mercado nacional de vehículos eléctricos de clase 250.000.
BYD y Tesla lo pensaron juntos.
Casualmente, un mes antes del anuncio de Tesla, BYD también anunció el lanzamiento de una nueva "batería sin cobalto": una batería súper de fosfato de hierro y litio, que también se llama oficialmente "batería Blade".
¿Qué es una cuchilla eléctrica?
La llamada batería Blade se refiere a la "solución de celda larga" (principalmente refiriéndose a la carcasa cuadrada de aluminio). Este es un método para aumentar la longitud de las baterías (diseño plano y largo) y organizarlas. ellos en una matriz, como una tecnología que se inserta en el paquete de baterías como una "cuchilla" para mejorar la eficiencia de la integración del paquete de baterías. No se refiere a un tamaño específico de celda de batería, pero se pueden convertir en baterías de diferentes tamaños según los diferentes requisitos. Los principios generales son los siguientes:
Al utilizar baterías Blade, la densidad de energía de la batería de fosfato de hierro y litio de BYD puede alcanzar los 180 Wh/kg, aproximadamente un 9 % más que antes, y la densidad de energía volumétrica puede ser aumentó en un 50%. Al mismo tiempo, cambiando los mecanismos internos y otras tecnologías, los costos unitarios se pueden reducir en un 30%. Según la presentación oficial de BYD, la nueva batería Blade tiene una vida útil de más de un millón de kilómetros.
BYD anunció oficialmente que "Han" será el primer modelo del mundo equipado con "Blade Battery" y se espera que se lance en junio de este año.
¿Cuáles son las ventajas de las pilas de hierro?
La característica especial de Blade Battery no es solo la nueva estructura de disposición de la batería, sino que, lo que es más importante, es una batería de fosfato de hierro y litio. Esta es también una decisión tomada bajo la tendencia del mercado donde la solución de batería ternaria de litio se ha convertido en una práctica común.
BYD lo eligió por sus diversas ventajas.
En primer lugar, los enlaces P-O en los cristales de fosfato de hierro y litio son relativamente estables y difíciles de descomponer. Incluso si encuentra altas temperaturas o sobrecarga, no colapsará ni se calentará ni formará sustancias oxidantes fuertes como las baterías de cobalto. Por lo tanto, las baterías de fosfato de hierro y litio son intrínsecamente más estables térmicamente y es menos probable que se enciendan espontáneamente incluso si resultan dañadas por una colisión.
El litio ternario con mala estabilidad térmica a menudo se enciende espontáneamente.
En segundo lugar, el fosfato de hierro y litio tiene una mayor durabilidad. La potencia solo disminuirá al 80% después de que un ciclo completo de carga y descarga supere las 3500 veces. Además, al no contener metales preciosos (níquel, elementos metálicos cobalto), el coste de producción es menor y el proceso de producción es más respetuoso con el medio ambiente.
Las ventajas anteriores no están disponibles en las baterías ternarias de litio.
Con estas ventajas, ¿por qué antes no se utilizaban mucho las baterías de hierro?
Veamos las ventas. En 2019, la producción y las ventas acumuladas de baterías eléctricas de China fueron de 85,4 GWh y 75,6 GWh respectivamente. Entre ellas, la producción acumulada de baterías ternarias fue de 55,1 GWh, lo que representó el 64,6% de la producción total, y las ventas acumuladas fueron de 53,0 GWh. el 70,0% de las ventas totales. La producción acumulada de baterías de fosfato de hierro y litio es de 27,7 GWh, lo que representa el 32,4% de la producción total, y el volumen de ventas acumulado es de 20,6 GWh, lo que representa el 27,2% de las ventas totales.
A juzgar por esta relación, el desempeño del mercado de las baterías ternarias de litio es significativamente más fuerte que el del fosfato de litio y hierro. La razón principal de este fenómeno es que las baterías de hierro todavía tienen muchas deficiencias que no se han solucionado.
En primer lugar, el mal rendimiento a bajas temperaturas. El límite de temperatura inferior de las baterías de fosfato de hierro y litio es de -20 °C y el rendimiento de descarga es deficiente en entornos de baja temperatura. La tasa de retención de capacidad es de aproximadamente 60~70 % a -10 ℃, 40 ~ 55 % y aproximadamente 20 ~ 40 % a -20 ℃. Por el contrario, las baterías ternarias de litio tienen un buen rendimiento de descarga a baja temperatura cuando el límite inferior es -30°C. En las mismas condiciones de baja temperatura que las baterías de fosfato de hierro y litio, la degradación del kilometraje en invierno es inferior al 15%. Por lo tanto, en comparación con los paquetes de baterías de litio ternarias, el fosfato de hierro y litio depende más del entorno a bordo y del sistema de control de temperatura de la batería de los vehículos eléctricos.
En segundo lugar, la densidad energética es baja. Las baterías de fosfato de hierro y litio tienen una plataforma de bajo voltaje debido a sus características químicas. La densidad de energía de las baterías de fosfato de hierro y litio comunes es de aproximadamente 140 Wh/kg. Incluso la súper batería de fosfato de hierro y litio de BYD tiene una densidad de energía de solo 180 Wh/kg, que todavía está muy por detrás de la batería ternaria de litio de más de 200 Wh/kg.
Hay otro punto que es fácil pasar por alto: el factor subsidio. En el pasado, las baterías ternarias de litio podían recibir más subsidios debido a su mayor densidad de energía, por lo que, naturalmente, todos adoptaron un enfoque más relajado. Sin embargo, después de la disminución general de los subsidios en 2019, la brecha entre los dos se ha vuelto cada vez más pequeña, lo que también es una de las razones importantes por las que las baterías de fosfato de hierro y litio han vuelto a llamar la atención de la gente. ?
¿Cómo superar el problema de la densidad energética?
Las razones políticas y de rendimiento a baja temperatura son fáciles de entender. Aquí nos centraremos en la densidad energética de las baterías de hierro. Este es el punto clave entre Contemporary Ampere Technology Co., Ltd. y BYD: BYD entregó la estructura de "batería de cuchillas", mientras que Contemporary Ampere Technology Co., Ltd. entregó la "tecnología CTP".
Características de la batería blade de BYD
Según la patente divulgada por BYD, la batería blade es una batería ultralarga de 430 mm o incluso 2500 mm, con polos en ambos extremos de la batería . En comparación con las baterías cuadradas tradicionales, tiene una forma "plana" y "larga", omitiendo directamente el módulo de batería.
En la estructura del paquete de baterías existente, cuando el volumen total del paquete de baterías es el mismo, cada módulo tiene más placas laterales, placas finales, sujetadores, vigas, vigas longitudinales y otros componentes con la batería BYD; un nuevo grupo de estructura, excluyendo el sistema de gestión de baterías, la caja de distribución y otros componentes, la tasa de utilización del espacio es de aproximadamente el 62%. Afectada por diferentes diseños de celdas, la utilización del espacio dentro del paquete es del 55% al 65%, e incluso puede alcanzar el 80% si es necesario.
Debido al menor número de piezas y al menor peso, también se puede aumentar la densidad de energía por unidad de masa y también se puede aumentar la autonomía del vehículo. Utilizando la nueva estructura del paquete de baterías, la capacidad de carga aumenta aproximadamente entre un 20% y un 30%, y la autonomía de crucero también se puede aumentar entre un 20% y un 30%.
Características de Contemporary Ampere Technology Co., Ltd. CTP
En comparación con las baterías blade de BYD, Contemporary Ampere Technology Co., Ltd. no es tan radical en tecnología. Todavía conserva el concepto de módulos, pero el número de módulos se reduce o cada módulo se hace más grande.
Según la patente de Contemporary Amperex Technology Co., Ltd., un módulo grande se divide en espacios pequeños mediante varias placas disipadoras de calor de plástico que se pueden insertar en estos espacios pequeños como si fueran una carcasa cuadrada. disco duro de la computadora.
Se coloca una junta de silicona térmicamente conductora en el costado de cada celda y se deja un canal de disipación de calor en el disipador de calor en la dirección del ancho de la celda, que se puede conectar directamente al tubo de enfriamiento externo. .
Según datos de Contemporary Ampere Technology Co., Ltd., esto puede reducir en aproximadamente un 40% el número de piezas que provienen del arnés de conexión, los paneles laterales y los paneles inferiores entre módulos. Además, si bien el volumen de la batería permanece sin cambios, el volumen de utilización del paquete de baterías que utiliza tecnología CTP también ha aumentado entre un 15% y un 20%.
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La tecnología CTP de la contemporánea Amperex Technology Co., Ltd. y la tecnología de batería de cuchillas de BYD han mejorado enormemente la densidad de energía de las baterías de fosfato de hierro y litio. . Cuando se subsane esta deficiencia, es posible que pronto veamos el regreso de las baterías de hierro en la era posterior a los subsidios.
De hecho, no importa qué ruta técnica decidan adoptar Tesla y Contemporary Ampere Technology Co., Ltd., las elecciones de Tesla y BYD tendrán un gran impacto en el mercado existente de baterías ternarias de litio. Para entonces, el costo de los modelos se reducirá y los consumidores podrán comprar los mismos excelentes productos por menos dinero.
Este artículo es de Autohome, el autor de Autohome, y no representa la posición de Autohome.