Yksityiskohtainen selitys 6s lipo-akun katodimateriaalista

Kustannusrakenteen näkökulmasta 6s lipo-akku koostuu neljästä keskeisestä raaka-aineesta: positiivisesta elektrodista, negatiivisesta elektrodista, elektrolyytistä ja erotinmateriaalista, ja niiden osuus kustannuksista on paljon suurempi kuin muiden materiaalien, kuten johdinsarjojen, liittimien ja johtavien aineiden. Tämä on samanlaista kuin 6s lipo-akussa. Perustoimintaperiaate on sama. Seuraavaksi ammattimainen 6s lipo-akkuvalmistaja CNHL esittelee edellä mainittujen neljän materiaalin katodimateriaalit yksityiskohtaisesti.
6s lipo-akun elektrolyyttipitoisuudesta on seuraavassa artikkelissa yksityiskohtainen esittely, ja kiinnostuneet kumppanit voivat tutustua siihen itse:
Cnhl 6s lipo-akun elektrolyytti, käytännön toiminto ja klassinen järjestelmän rakentaminen

6s lipo-akun katodimateriaali

Tällä hetkellä katodimateriaali on 6s lipo-akun ydinmateriaali ja se on avaintekijä, joka määrittää 6s lipo-akun suorituskyvyn. Se vaikuttaa suoraan tuotteen lopulliseen energiatiheyteen, jännitteeseen, käyttöikään ja turvallisuuteen. Se on myös kallein osa 6s lipo-akkua. Tästä syystä 6s lipo-akku nimetään usein positiivisen elektrodin materiaalin mukaan, kuten ternäärinen akku, joka on 6s lipo-akku, jossa käytetään ternääristä materiaalia positiivisena elektrodina.
Eri katodimateriaalien erot ovat ilmeisiä, ja sovellusalueetkin eroavat toisistaan. Yleiset katodimateriaalit voidaan jakaa litiumkobolttioksidiin (LCO), litiummanganaattiin (LMO), litiumrautafosfaattiin (LFP) ja ternäärisiin materiaaleihin (NCM).

1) Litiumkobolttioksidi 6s lipo-akun katodimateriaali

Se on ensimmäinen kaupallistettu 6s lipo-akun katodimateriaali. Sen energiatiheys on korkeampi kuin esimerkiksi nikkeli-metallihydridi- ja lyijyakkujen. Se kuvastaa ensimmäisenä 6s lipo-akun kehityspotentiaalia, mutta on hyvin kallis ja sillä on lyhyt syklinen käyttöikä. Se sopii vain 3C-elektroniikkatuotteisiin. Vaikka litiummanganaatti on edullinen, sen energiatiheys ei ole hyvä. Sitä käytettiin aikaisemmin hitaissa sähköajoneuvoissa, kuten sähköpyörissä, jonkin verran. Nykyään sitä käytetään pääasiassa sähkötyökaluissa ja energian varastoinnissa, ja se on harvinainen voimaakuissa.
Tällä hetkellä sitä käytetään pääasiassa sähköajoneuvojen alalla, ja on kaksi teknistä reittiä: ternääriset materiaalit ja litiumrautafosfaatti. Vuonna 2020 katodimateriaalien osuudet 6s lipo-akussa olivat ensimmäisellä (46 %) ja toisella (25 %) sijalla.

2) Ternäärinen 6s lipo-akun positiivinen elektrodimateriaali

Sen ydinetu on korkea energiatiheys. Samassa tilavuudessa ja painossa akun käyttöikä on selvästi pidempi kuin muilla teknisillä reiteillä. Mutta sen haitat ovat myös hyvin ilmeisiä: huono turvallisuus, alhainen syttymispiste iskussa ja korkeassa lämpötilassa. Viimeisissä turvallisuustesteissä, kuten neulainjektiossa ja ylilatauksessa, joissa lämpötila nousee, suurikapasiteettisten ternääristen akkujen on vaikea läpäistä testi. Turvallisuussuorituskyvyn puute on aina rajoittanut ternäärisen materiaaliteknologian laajamittaista kokoonpanoa ja integrointia.

3) Litiumrautafosfaatti 6s lipo-akun katodimateriaali

Rautafosfaatti on täysin päinvastainen kuin ternääriset materiaalit, energiatiheys (noin 6s lipo-akun energiatiheys, seuraavassa artikkelissa on yksityiskohtainen esittely:
1200mah lipo-akun energiatiheyden parannus - kennotiheyden parannus) ja akun käyttöikä ovat keskitasoa, mutta turvallisuus on erittäin hyvä. Sen kiderakenne on ainutlaatuinen oliivinityyppi, ja tilarakenne ei helposti muutu, joten se pysyy vakaana korkeassa lämpötilassa.

6s lipo-akun katodimateriaalien vertailu

1) Turvallisuus

Ternäärinen materiaali alkaa hajota ja vapauttaa happea noin 150 ℃ ~ 250 ℃ lämpötilassa, mikä aiheuttaa elektrolyytin palamisen. Verrattuna litiumrautafosfaatin hajoamislämpötila on noin 600 ℃, ja turvallisuusetu on hyvin ilmeinen. Edellä mainittujen etujen perusteella litiumrautafosfaatti läpäisee monia turvallisuustestejä, joita ternääriset akut eivät läpäise.

2) Käyttöikä

Toisaalta rautafosfaatti 6s lipo-akun käyttöikä on myös valtava etu, ja sen syklimäärät ylittävät selvästi muut tekniset reitit, mikä vastaa sähköajoneuvojen kuluttajien kahta keskeistä vaatimusta: turvallisuutta ja kestävyyttä.
Tällä hetkellä ternääristen akkujen asennuskapasiteetti on laskenut, ja rautafosfaatti 6s lipo-akun markkinaosuus kasvaa nopeasti. Tilastot osoittavat, että vuonna 2020 kotimaisten voima-akkujen kumulatiivinen myyntimäärä oli 65,9 GWh, josta 38,9 GWh ternäärisiä 6s lipo-akkuja asennettiin ajoneuvoihin, mikä on 61,1 %, ja kumulatiivinen lasku 4,1 %; rautafosfaatti 6s lipo-akkuja asennettiin 24,4 GWh, mikä on 61,1 % verrattuna 38,3 %:iin ja kumulatiivinen kasvu 20,6 %, ja siitä on tullut ainoa voima-akku, jonka myynti kasvaa vuositasolla.

3) Hinta

Turvallisuusedun lisäksi toinen suuri tekijä litiumrautafosfaatin myynnin nopean kasvun takana on edullisuus. Pitkään ternääristen akkujen raaka-ainekustannusten korkean hinnan pääsyy (lähes 90 %) on suuri koboltin kysyntä. Koboltti on harvinainen mineraali. Se on erittäin kallis ja erittäin epävakaa louhittava. Hinta vaihtelee voimakkaasti. Toimitusketju on myös hyvin hauras, mikä voi helposti vaikuttaa alavirran teollisuuteen.
Alkuvuosina hallituksen tukien vuoksi ternääristen akkujen korkea kustannus ei ollut merkittävä, mutta tukien jatkuvan laskun myötä kustannuspaine on kasvanut, mikä pakottaa akkuvalmistajat etsimään vaihtoehtoisia materiaaleja.
Litiumrautafosfaatin kustannusetu on, ettei se sisällä kobolttia, ja vaikka tonnihinta olisi korkea, se on silti paljon halvempi kuin ternääriset materiaalit.
Samaan aikaan latauspisteiden määrän nopea kasvu voi myös kompensoida rautafosfaatti 6s lipo-akun käyttöikää. Tyypillisen litiumrautafosfaatti-sähköajoneuvon käyttöikä on noin 300~400 km, mikä riittää kaupunkiliikenteen tarpeisiin. Ternäärinen akku ei pysty osoittamaan ydinetujaan tässä sovelluksessa.
Kustannusten ja infrastruktuurin kaksinkertaisen ajurin ansiosta ei ole yllättävää, että yhä useammat autoyritykset valitsevat litiumrautafosfaattiteknologian. Jopa ternäärisillä akuilla aloittanut voimaakkujätti CATL kasvattaa nopeasti rautafosfaatti 6s lipo-akkujen tuotantokapasiteettia ja toimittaa rautafosfaatti 6s lipo-akkuja kotimaisen Tesla Model 3:n standardiversioon.

Ternäärisen 6s lipo-akun kehityssuunta

Kuitenkin ternääristen akkujen kehitys ei ole pysähtynyt. Tämän teknisen reitin pitkän aikavälin suuntaus on kustannusten alentaminen korkean nikkelin ja matalan koboltin suhteella, ns. korkean nikkelin ternäärinen materiaali.
Nikkelin, koboltin ja mangaanin kolmen alkuaineen suhteiden perusteella ternääriset materiaalit voidaan jakaa neljään päätyyppiin: 111, 523, 622 ja 811. Markkinaosuuden näkökulmasta nykyiset 5-sarjan (eli 523) ternääriset materiaalit ovat edelleen valtavirtaa. Vuonna 2020 ternäärisen materiaalin markkinaosuus ylitti 50 %; 8-sarjan (eli 811) akut räjähtivät korkean nikkelipitoisuuden trendin vuoksi, ja markkinaosuus kasvoi 6 %:sta vuonna 2018 24 %:iin vuonna 2020. Potentiaali on valtava.
Toisaalta korkean nikkelin ternäärinen 6s lipo-akku vähentää kalliin koboltin käyttöä, ja kustannukset ovat paremmin hallittavissa. Toisaalta akun kapasiteetti kasvaa merkittävästi, mikä vastaa paremmin kuluttajien tarpeita. Viime vuosina kotimaisten sähköajoneuvojen toimintamatka on kasvanut nopeasti, ja korkean nikkelin akut ovat myötävaikuttaneet tähän.
Kuitenkin vastaavasti nikkelin määrän kasvu tarkoittaa prosessoinnin vaikeuden nopeaa lisääntymistä, ja piilevät turvallisuusongelmat pahenevat. Vuonna 2020, kun 811-akkuja kootaan laajamittaisesti, tapahtuu usein itsesyttyviä onnettomuuksia, mikä herättää epäilyksiä tästä teknisestä reitistä.
Vain GAC Aion S, ensimmäinen malli, jossa 811-akkuja käytettiin laajamittaisesti, on myös vanhin 811-uusiutuvan energian ajoneuvojen malli. Toukokuusta elokuuhun 2020 tapahtui kolme peräkkäistä itsesyttyvää onnettomuutta, ja ne liittyivät vain 811-akkuun. Tämä on jäävuoren huippu tulipalossa. Korkean nikkelin ternääristen materiaalien turvallisuuspuute on ongelma, joka akkuvalmistajien on ratkaistava. Muuten on vaikea saada henkilöautoilijoita ostamaan niitä, ja vielä vähemmän käyttää niitä kaupallisissa ajoneuvoissa, joissa on korkeammat turvallisuusvaatimukset.

Ternäärisen 6s lipo-akun uusi katodimateriaali

Koboltti-nikkeli-mangaani (NCM) ternäärisen materiaalin lisäksi on myös ternäärinen materiaali, joka käyttää nikkeli-koboltti-alumiini (NCA) seosta positiivisena elektrodina. Verrattuna NCM:ään, NCA:n energiatiheys on edelleen parantunut, mutta turvallisuusominaisuudet eivät ole juuri parantuneet. Tällä hetkellä Tesla on pääasiallinen nikkeli-koboltti-alumiiniakkujen käyttäjä, ja huhtikuussa 2020 se haki patenttia uudelle tuotantoteknologialle, joka voi parantaa akun käyttöikää.
Kuitenkin, vaikka se on johtajien suosiossa, NCA-teknologinen reitti on hyvin harvinainen Kiinassa. Vuonna 2020 sen osuus kotimaisilla ternääristen materiaalien markkinoilla oli vain 4 %, ja Panasonic on tällä hetkellä ainoa suuri valmistaja maailmassa.
No, yllä oli koko CNHL:n tänään tuoma 6s lipo-akun katodimateriaalin sisältö. Uskon, että koko tekstin lukemisen jälkeen kaikilla on käsitys 6s lipo-akun katodimateriaalien tyypeistä. 6s lipo-akun katodimateriaalit ovat pääasiassa litiumkobolttioksidi (LCO), litiummanganaatti (LMO), litiumrautafosfaatti (LFP) ja ternääriset materiaalit (NCM). Lisätietoja 6s lipo-akusta löydät alla olevasta linkistä: 1300mah 6s akun kehityshistoria