Phát triển hóa học về pin luôn là một bài tập đòi hỏi sự nhượng bộ. Không có hóa chất nào của pin là tốt nhất trong mọi lĩnh vực, để có một pin cân bằng tốt, chúng ta phải thỏa hiệp về mật độ năng lượng, mật độ năng lượng, độ an toàn, vòng đời và chi phí.
Trong bài viết dài này, chúng ta sẽ xem công nghệ pin đang đi đến đâu với trọng tâm là sự phát triển của catốt NCM. Tôi sẽ để các cực dương và chất điện phân vào một thời điểm khác.
Hãy bắt đầu bằng cách so sánh một số hóa chất pin phổ biến cho xe điện. Tỷ lệ thay đổi từ 1 (tệ nhất) đến 5 (tốt nhất).
Cực dương
Oxit Lithium Titanate ( LTO )
Cathodes
Lithium Ferro Phosphate ( LFP )
Lithium Nickel Coban Mangan (NCM 333 hoặc 111)
Lithium Nickel Coban Mangan (NCM 523)
Lithium Niken Coban Mangan (NCM 622)
Lithium Niken Coban Mangan (NCM 811)
Nhôm Lithium Niken Coban ( NCA )
Hóa chất LTO và LFP chỉ được sử dụng khi cần sạc thực sự nhanh (5-10 C), ví dụ như trong xe buýt điện. Trong khi NCA được Tesla sử dụng, hầu hết mọi nhà sản xuất ô tô đều sử dụng pin có cực âm NCM.
Mọi người đều biết rằng những trở ngại chính đối với việc sử dụng ô tô điện là giá cả và phạm vi. Do đó, những cải tiến gần đây đối với catốt NCM đã được tập trung vào việc tăng mật độ năng lượng và giảm chi phí, với chi phí giảm mật độ công suất, tuổi thọ chu kỳ và độ an toàn. Tuy nhiên, dung lượng pin cao hơn làm giảm vấn đề mật độ năng lượng thấp hơn và tuổi thọ chu kỳ kém. Đối với các tế bào pin kém an toàn hơn, chúng yêu cầu BMS (Hệ thống quản lý pin) và TMS (Hệ thống quản lý nhiệt) bảo vệ nhiều hơn nhưng không thực sự nguy hiểm.
Công thức chung được sử dụng để giảm chi phí và đồng thời tăng mật độ năng lượng của tế bào pin NCM là giảm hàm lượng coban của catốt, bằng cách thay thế nó bằng nhiều niken hơn. Thêm silicon vào các cực dương graphit cũng giúp tăng mật độ năng lượng, đồng thời giảm tuổi thọ chu kỳ. Hãy nhớ rằng, đó luôn là một sự thỏa hiệp…
Năm nay đánh dấu sự ra đời của pin NCM 811 cho xe ô tô điện sản xuất hàng loạt. Công ty CATL của Trung Quốc đã giành chiến thắng trong cuộc đua và là nhà sản xuất đầu tiên đưa các tế bào pin NCM 811 vào một chiếc ô tô điện sản xuất hàng loạt đang được giao cho khách hàng - NIO ES6. Tuy nhiên, những người khác đang theo dõi.
BYD là một nhà sản xuất pin khác của Trung Quốc đã công bố pin NCM 811 cho năm nay. Trong khi Envision AESC đặt mục tiêu bắt đầu sản xuất tế bào pin NCM 811 vào năm 2020.
Đối với các nhà sản xuất pin của Hàn Quốc, họ đã trì hoãn những gì họ đã hứa trước mọi người. SK Innovation hiện dự kiến sẽ giới thiệu các tế bào pin NCM 811 của riêng mình cho EVs trên quy mô đầy đủ vào đầu năm sau, trong khi LG Chem sẽ đặt cược vào các cực âm NCM 712 cho các tế bào túi. Samsung SDI còn kém xa và chỉ dự kiến bắt đầu sản xuất pin NCM 811 vào năm 2021.
Rõ ràng rằng các tế bào pin NCM 811 là hiện tại và tương lai gần cho xe điện. Chúng có mật độ năng lượng lớn và chi phí thấp, cho phép phạm vi hoạt động xa hơn và ô tô điện rẻ hơn. Tuy nhiên, họ đã có người kế nhiệm trong việc tạo ra…
SK Innovation đã thông báo rằng pin NCM 811 của họ - sẽ ra mắt vào đầu năm sau trên quy mô đầy đủ - cung cấp phạm vi 600 km (372 dặm) cho ô tô điện, nhưng vào năm 2022 khi phạm vi hoạt động sẽ không còn là vấn đề nữa nhờ sự ra đời của Tế bào pin NCM 90 (NCM 9.5.5).
Các cực âm NCM 90 (NCM 9.5.5) giảm hơn nữa nhu cầu về coban, vốn rất thô và đắt tiền.
Bây giờ chúng ta hãy xem xét phía sau sự cường điệu và xem sự phát triển công nghệ pin này hiện đang ở đâu.
Hiệu suất chu kỳ của catốt NCM sử dụng anốt kim loại Li
Các biểu đồ trên cho chúng ta thấy vòng đời của các catốt NCM khác nhau ở điện áp sạc rất cao. Đừng sợ hãi bởi sự suy thoái rõ ràng của các tế bào. Nó được mong đợi đối với điện áp sạc cao như vậy, loại điện áp mà chúng ta thường thấy trên pin điện thoại thông minh.
May mắn thay, ô tô điện có các tế bào pin được bảo vệ tốt hơn và hạn chế đến mức điện áp sạc thấp hơn. Ví dụ, các tế bào pin của Nissan LEAF được giới hạn ở điện áp sạc tối đa là 4,2 V. Các xe điện khác thậm chí còn có giới hạn thấp hơn để giảm sự suy giảm của pin.
Bây giờ trở lại biểu đồ.
Các tác giả đề cập rằng “NCM-622 (4,5 V) và NCM-811 (4,3 V) thể hiện khả năng phóng điện ban đầu tương tự nhau là 200 mAh g-1 ở 0,5 C với khả năng duy trì 93% sau 100 chu kỳ.” Hơn nữa, cực âm NCM 622 có độ ổn định cấu trúc cao hơn.
Tuy nhiên, ngay cả khi cực âm NCM 622 an toàn hơn và khi được giới hạn ở 4,5 V có vòng đời và công suất tương tự như cực âm NCM 811 khi bị giới hạn ở 4,3 V, không có trí tuệ nếu áp dụng cái sau cho ô tô điện do để giảm chi phí bằng cách yêu cầu ít coban hơn. Hãy nhớ rằng luôn có những thỏa hiệp trong công nghệ pin và bây giờ trọng tâm là giảm chi phí để cho phép đại chúng hóa ô tô điện.
Bây giờ liên quan đến cathode NCM 90, mọi thứ đang có vẻ tốt, nhưng nó có thể chưa sẵn sàng để thay thế cathode NCM 811.
Cực âm NCM 90 khi chạy theo chu kỳ từ 2,7 đến 4,3 V ở 0,5 C vẫn giữ được 90% dung lượng pin ban đầu sau 100 chu kỳ. Do đó, một chiếc ô tô điện mới có phạm vi 600 km sẽ có phạm vi hoạt động 540 km sau 57.000 km [(600 + 540) / 2 x 100)] trong các điều kiện này. Tin tốt là không có pin xe điện nào được quay vòng trong những điều kiện khắc nghiệt này. Chúng được bảo vệ tốt hơn nhiều.
Tôi muốn xem cathode NCM 90 hoạt động như thế nào khi được đặt chu kỳ từ 2,8 đến 4,1 V, điều hợp lý để mong đợi rằng tuổi thọ của chu kỳ tốt hơn nhiều so với việc chỉ duy trì 90% dung lượng sau 100 chu kỳ. Nó phải đủ tốt để cho phép bảo hành pin tiêu chuẩn, đối với hầu hết các xe điện đảm bảo dung lượng tối thiểu là 70% trong tám năm hoặc 160.000 km (100.000 dặm).
Cho đến khi chúng tôi có pin hoàn toàn không chứa coban, NCM 90 catốt là một bước tiến cần thiết để cho phép đại chúng hóa ô tô điện.
Dù sao, SK Innovation là nhà sản xuất pin đầu tiên công bố pin NCM 90, nhưng tôi nghi ngờ đây sẽ là nhà sản xuất pin đầu tiên. Tôi nghĩ rằng nó có thể sẽ là CATL hoặc BYD.
Bài viết này chỉ có thể thực hiện được nhờ Sci-Hub. “Sci-Hub là một dự án làm cho kiến thức trở nên miễn phí” cung cấp cho mọi người quyền truy cập vào các bài báo nghiên cứu thường bị mắc kẹt sau các bức tường phí. Sci-Hub là sự dân chủ hóa Khoa học.
Cảm ơn Emanuele vì đã quan tâm.
SK Innovation để sớm bắt đầu sản xuất các tế bào pin NCM 811
LG Chem sẽ giới thiệu các tế bào pin NCM 811 cho EVs vào năm tới
LG Chem chuẩn bị sản xuất pin NCM 811 pin
NCM 712 của LG Chem:Chi tiết các tế bào pin E66A và E78