特斯拉電池概要

　　“特斯拉電池”，是一類由鋰金屬或鋰合金為負(fù)極材料、使用非水電解質(zhì)溶液的電池。1912年鋰金屬電池最早由GilbertN.Lewis提出并研究。20世紀(jì)70年代時(shí)，M.S.Whittingham提出并開始研究鋰離子電池。由于鋰金屬的化學(xué)特性非?；顫姡沟娩嚱饘俚募庸?、保存、使用，對(duì)環(huán)境要求非常高。所以，鋰電池長(zhǎng)期沒有得到應(yīng)用。隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，現(xiàn)在鋰電池已經(jīng)成為了主流。

　　特斯拉電池大致可分為兩類：鋰金屬電池和鋰離子電池。鋰離子電池不含有金屬態(tài)的鋰，并且是可以充電的?？沙潆婋姵氐牡谖宕a(chǎn)品鋰金屬電池在1996年誕生，其安全性、比容量、自放電率和性能價(jià)格比均優(yōu)于鋰離子電池。由于其自身的高技術(shù)要求限制，現(xiàn)在只有少數(shù)幾個(gè)國(guó)家的公司在生產(chǎn)這種鋰金屬電池。

　　特斯拉電池保修多久_免費(fèi)更換嗎

　　對(duì)于電動(dòng)車電池壽命問(wèn)題，特斯拉公司試圖通過(guò)一份保修承諾讓車主放心：所有特斯拉汽車都擁有針對(duì)電池和傳動(dòng)系統(tǒng)的，長(zhǎng)達(dá)8年，可轉(zhuǎn)讓的，無(wú)條件免費(fèi)的保修。

　　不過(guò)一般特斯拉電池的使用壽命都只在兩到三年。特斯拉電池一般能夠充放300－500次。最好對(duì)鋰電池進(jìn)行部分放電，而不是完全放電，并且要盡量避免經(jīng)常的完全放電。一旦電池下了生產(chǎn)線，時(shí)鐘就開始走動(dòng)。不管你是否使用，鋰電池的使用壽命都只在兩到三年。

　　特斯拉鋰離子電池解讀

　　特斯拉所使用的松下電池屬于鋰離子電池的一種。鋰離子電池是一種二次電池（充電電池），它主要依靠鋰離子在正極和負(fù)極之間移動(dòng)來(lái)工作。在充放電過(guò)程中，Li＋在兩個(gè)電極之間往返嵌入和脫嵌：充電時(shí)，Li＋從正極脫嵌，經(jīng)過(guò)電解質(zhì)嵌入負(fù)極，負(fù)極處于富鋰狀態(tài)；放電時(shí)則相反。電池一般采用含有鋰元素的材料作為電極。

　　其主要優(yōu)點(diǎn)有輸出電壓高（3．6V）、能量密度大、自放電小、循環(huán)壽命長(zhǎng)無(wú)記憶效應(yīng)、可快速充放電無(wú)有毒有害物質(zhì)等。缺點(diǎn)是溫度影響電池容量以及安全性能不好。目前主要應(yīng)用領(lǐng)域?yàn)?a href="http://m.makelele.cn/soft/data/39-96/" target="_blank">消費(fèi)電子、電動(dòng)交通工具、大型動(dòng)力電源以及二次充電及儲(chǔ)能領(lǐng)域。

　　特斯拉ModelS專用的松下18650電池

　　18650是鋰離子電池的鼻祖－－日本SONY公司當(dāng)年為了節(jié)省成本而定下的一種標(biāo)準(zhǔn)性的鋰離子電池型號(hào)，其中18表示直徑為18mm，65表示長(zhǎng)度為65mm，0表示為圓柱形電池。

　　ModelS所用18650電池是松下產(chǎn)的型號(hào)為NCR18650B三元材料電池，電容量約3.3mA，電壓達(dá)到3.6V，能量密度高達(dá)243Wh/kg。

　　在特斯拉的ModelS上使用的NCR18650B比之前Roadster所使用的鈷酸鋰電池比能量高出三成，區(qū)別來(lái)源于結(jié)構(gòu)的不同，它以鎳鈷鋁三元材料為正極材料，以石墨為負(fù)極材料，以六氟磷酸鋰為電解液。最終達(dá)到比能量更大，穩(wěn)定性、一致性更好的效果。此外，單體電池尺寸小但可控性高，可降低單個(gè)電池發(fā)生故障帶來(lái)的影響，即使電池組的某個(gè)單元發(fā)生故障，也不會(huì)對(duì)電池整體性能產(chǎn)生影響。

　　鋰電池的構(gòu)造多種多樣，松下三元電池只是其中的一種，以下我們將主要從鋰電池的五大核心部件詳細(xì)解析鋰電池。

　　鋰電池的五大核心部件

　　正極材料

　　正極材料決定了鋰離子電池的主要性質(zhì)，如能量密度、循環(huán)穩(wěn)定性、安全性等。正極材料目前主要包括鈷酸鋰、錳酸鋰、磷酸鐵鋰和三元材料等。目前來(lái)看，鋰電池正極遵循著從二元材料向三元材料的發(fā)展趨勢(shì)。松下NRC18650B的正極材料是鎳鈷鋁三元材料，俗稱NCA。

　　通過(guò)引入Ni含量可提高材料的容量，而松下NRC18650B正是提高了Ni含量（摩爾分?jǐn)?shù)80%）從而使電池從原來(lái)的2．9Ah提高到了3.3Ah左右，能量密度大大提升。同時(shí)受益于三元協(xié)同效應(yīng)，NCA正極材料綜合了LiNiO2和LiCoO2諸多優(yōu)點(diǎn)，性能比使用單一材料優(yōu)越。而且，該材料用鈷量較少，成本較低。

　　從目前市場(chǎng)角度上看，磷酸鐵鋰和三元材料為國(guó)內(nèi)最主流的兩種正極材料，由于新能源客車對(duì)磷酸鐵鋰電池的需求量較大，磷酸鐵鋰的市場(chǎng)占有率更高一些，但三元材料以較為迅猛的勢(shì)頭逐漸發(fā)展，成為未來(lái)的趨勢(shì)。

　　無(wú)論是磷酸鐵鋰正極材料還是三元正極材料，都離不開碳酸鋰。以特斯拉ModelS為例測(cè)算一輛新能源汽車的碳酸鋰當(dāng)量需求：松下NCR18650電池單體重量44g，松下官網(wǎng)說(shuō)明18650電池中正極材料重量占比20~35%，假設(shè)其正極材料在30%左右，則重量為15克左右。NCA化學(xué)式Li（Ni0.8Co0.15Al0.05）xO2，經(jīng)過(guò)測(cè)算x＝0．845，分子量為87．5；碳酸鋰分子式Li2CO3，分子量為74。按鋰元素一比一，兩者重量比是74：（87.5×2）＝0．423：1。

　　可知其中1克鋰鈷鎳鋁三元正極材料需要0．423克碳酸鋰。則生產(chǎn)一節(jié)18650NCA三元電池正極材料需要15*0．423＝6．345g碳酸鋰。一輛ModelS使用了7104節(jié)18650電池，折合碳酸鋰當(dāng)量＝7104*6.345g＝45.1kg，再加上電解液六氟磷酸鋰對(duì)碳酸鋰的需求和工業(yè)耗損，預(yù)計(jì)一輛ModelS對(duì)碳酸鋰當(dāng)量需求在60kg左右，折合耗用量為0.73kg/kWh。

　　按照同樣的思路進(jìn)行計(jì)算，我們估計(jì)松下三元電池的鎳元素耗用量約為0.53kg/kWh。

　　此外，鈷元素也是NCA和NCM三元材料必不可少的上游原料，隨著三元材料對(duì)碳酸鐵鋰的替代趨勢(shì)越來(lái)越明朗，鈷需求也隨之水漲船高。NCA三元材料中鈷元素需求量約為0.14kg/kWh。

　　負(fù)極材料

　　石墨仍為負(fù)極材料首選

　　鋰離子電池的負(fù)極是由負(fù)極活性物質(zhì)碳材料或非碳材料、粘合劑和添加劑混合制成糊狀膠合劑均勻涂抹在銅箔兩側(cè)，經(jīng)干燥、滾壓而成。負(fù)極材料是鋰離子電池儲(chǔ)存鋰的主體，使鋰離子在充放電過(guò)程中嵌入與脫出。

　　負(fù)極材料主要分為以下三類：碳材料（石墨類）、金屬氧化物材料以及合金材料。松下NCR18650B電池的負(fù)極材料采用石墨材料。

　　動(dòng)力電池市場(chǎng)爆發(fā)以來(lái)，相比于其他材料而言，負(fù)極材料價(jià)格相對(duì)穩(wěn)定，技術(shù)路線以石墨類為主，不存在很大的爭(zhēng)議。中國(guó)電池網(wǎng)數(shù)據(jù)顯示，以動(dòng)力鋰電池為例，一輛新能源汽車大約需要40千克負(fù)極材料，折合石墨耗用量約為0.9kg/kWh。目前負(fù)極材料主要以天然石墨和人造石墨為主，兩者性能有著各自的優(yōu)缺點(diǎn)，應(yīng)用領(lǐng)域也有所不同。

　　碳材料發(fā)展最前沿的產(chǎn)品就是石墨烯，它是目前為止發(fā)現(xiàn)的最薄的層狀材料，以石墨烯作為負(fù)極材料可以加大電池的容量。傳統(tǒng)石墨材料的能量密度上限（石墨烯）在372mAh/g，較當(dāng)前正極材料的能量密度還有相當(dāng)?shù)脑Ａ?。未?lái)提高動(dòng)力電池能量密度仍是新能源汽車動(dòng)力方面的關(guān)鍵，盡管價(jià)格昂貴或技術(shù)尚不成熟，鈦酸鋰以及硅基復(fù)合材料等高端負(fù)極材料也逐漸步入負(fù)極材料的應(yīng)用領(lǐng)域。

　　電解液

　　電解液，是鋰離子電池中是作為帶動(dòng)鋰離子流動(dòng)的載體，對(duì)鋰電池的運(yùn)行和安全性具有舉足輕重的作用。鋰離子電池的工作原理也就是其充放電的過(guò)程，表現(xiàn)為鋰離子在正負(fù)極之間的穿梭，而電解液正是鋰離子流動(dòng)的介質(zhì)。

　　根據(jù)中國(guó)電池網(wǎng)的推算，在電解液的成本構(gòu)成中，溶劑約占30%，添加劑約占10%，最主要的成分溶質(zhì)約占60%。市場(chǎng)上的溶質(zhì)以六氟磷酸鋰（LiPF6）為主，松下NCR18650電池也選用了六氟磷酸鋰作為溶質(zhì)，每kWh鋰電池需要0.15kg的六氟磷酸鋰。六氟磷酸鋰同樣可以通過(guò)碳酸鋰制備。

　　隔膜

　　隔膜的主要作用是保障正負(fù)極分開的情況下鋰離子自由流通，是保障電池安全的最重要部分之一。隔膜能夠浸潤(rùn)在電解液中，而且表面上有大量允許鋰離子通過(guò)的微孔。微孔密度以及材料選擇、厚度等等特性都會(huì)影響鋰離子穿過(guò)隔膜的速率從而影響電池性能。中國(guó)產(chǎn)業(yè)信息網(wǎng)估計(jì)，鋰電池中隔膜的耗用量大致為20m2/kWh。

　　松下供應(yīng)給特斯拉的電池所使用的隔膜，由住友化學(xué)供應(yīng)。住友化學(xué)隔膜采用單層PE作為基體材料，濕法工藝加工處理。與干法工藝相比，濕法工藝的投資成本較高，但可以提高膜表面微孔數(shù)量，且生產(chǎn)的隔膜更薄。這也是濕法工藝最大的優(yōu)勢(shì)，其薄膜厚度可以低至9μm，而干法工藝制作的隔膜厚度通常在20－40μm。

　　鋰電池結(jié)構(gòu)件

　　作為鋰電池和電池模組的重要組成部分，精密結(jié)構(gòu)件主要包括鋁/鋼殼、蓋板、連接片等，對(duì)鋰電池的安全性、密閉性、能源使用效率等都具有直接影響。由于新能源汽車在使用過(guò)程中需要大量的電芯串、并聯(lián)在一起保證能量供應(yīng)，導(dǎo)致需要使用大量的結(jié)構(gòu)件產(chǎn)品以保證動(dòng)力電池的安全。

　　鋰電池外殼保護(hù)電池在儲(chǔ)存和使用過(guò)程中免受外界損壞并維持電池內(nèi)部穩(wěn)定性，對(duì)電池的安全性、密封性和一致性等方面都有直接影響，是鋰電池重要組成部分之一。根據(jù)鋰電池形狀的不同，其所采用外殼材料各有差異：圓柱型電池外殼以鋼殼為主。方形電池外殼以鋁殼居多，軟包電池主要使用鋁塑膜和極耳來(lái)封裝。

　　電池接觸片是電池上的一個(gè)重要組成部分，采用銅，鐵，不銹鋼等材料制成。電鍍鍍金、銀、鎳、錫。安裝在導(dǎo)電膜上的電池接觸片受到按壓時(shí)，接觸片中心點(diǎn)接觸電池形成回路，電流通過(guò)。它具有導(dǎo)通性強(qiáng)、手感佳等特點(diǎn)。