5.カソード
製品ごとに異なる電極が使用されています。LFP 4680は、低距離の車両やエネルギー貯蔵バッテリーに使用され、サイクルタイムを長くすることに重点を置いています。ニッケルマンガン4680バッテリーは、中距離車や家庭用バッテリーに使用されています。高ニッケル4680バッテリーは、サイバートラックとセミに使用されています。
テスラのカソード材料は、高ニッケルとコバルトフリーの方向に焦点を当てていますが、主流の道筋から外れたイノベーションは提案されていません。NCA単結晶ルートを使用して、電圧を上げることでエネルギー密度を高め、材料の熱安定性はリン酸鉄リチウムに匹敵します。
5.1. NCAの
三元陰極材料のルートは、一般に、テスラが採用しているNCA(ニッケルコバルトアルミニウム)の2つのパスに分けられます。NCM(ニッケルコバルトマンガン)、NCM523、NCM622、NCM811など、CATL(Contemporary Amperex Technology Co. Ltd.)などの企業で使用されています。
カソード材料における元素の役割は次のとおりです:ニッケル:バッテリーのエネルギー密度を高め、バッテリーのコストを削減します。バッテリーの航続距離を伸ばすためには非常に重要です。コバルト:カソードに構造的安定性を提供しますが、高価で環境汚染があります。マンガン、アルミニウム:材料の熱伝導率、安定性、安全性を向上させます。鉄:ニッケルの代替品で、エネルギー密度は低いですが、安価で充放電サイクルが長くなります。NCMと比較して、NCAはエネルギー密度が高く、製造要件が厳しくなっていますが、安全性はわずかに低くなっています。テスラは、NCA配合のニッケル含有量を増やし、コバルト含有量を減らしたため、エネルギー密度が向上し、コストが削減されました。
三元陰極材料のルートは、一般に、テスラが採用しているNCA(ニッケルコバルトアルミニウム)の2つのパスに分けられます。CATLが使用するNCM523、NCM622、NCM811などのNCM(ニッケルコバルトマンガン):カソード材料中の元素の役割は次のとおりです:ニッケル:バッテリーエネルギー密度を高め、バッテリーコストを削減します。バッテリーの航続距離を伸ばすためには非常に重要です。コバルト:カソードに構造的安定性を提供しますが、高価で環境汚染があります。
マンガン、アルミニウム:材料の熱伝導率、安定性、安全性を向上させます。鉄:ニッケルの代替品で、エネルギー密度は低いですが、安価で充放電サイクルが長くなります。NCMと比較して、NCAはエネルギー密度が高く、製造要件が厳しくなっていますが、安全性はわずかに低くなっています。テスラは、NCA配合のニッケル含有量を増やし、コバルト含有量を減らしたため、エネルギー密度が向上し、コストが削減されました。
5.2.単結晶化
エネルギー密度を高めるためにニッケル含有量を増やすのとは異なり、単結晶化はカソード材料の電圧を上げることによってエネルギー密度を上げることを目的としています。単結晶材料は、粒界がないため高電圧により適しており、三元電池の熱安定性とサイクル性能を向上させることができます。5シリーズの代表的な高電圧単結晶材料は、ニッケル55電池です。NCM523と同じニッケル含有量を使用していますが、NCM811のエネルギー密度を達成しながら、NCM811と比較して材料面でより顕著な熱安定性と低コストを示します。
5.3. 4680バッテリーカソードトレンド
4680バッテリーは、リン酸鉄(LFP)、ニッケル-マンガン-アルミニウム(NMA)、および高ニッケル(NCA)の3つの異なるカソード材料を利用しています。
5.3.1.現在、4680 バッテリーは高ニッケル方向が支配的です
高ニッケルバージョンは、現在、テスラの4680バッテリーの主な方向性です。サイバートラックやセミなどの高級車での使用を想定しています。さらに、Model 3 と Model Y の長距離および高性能バージョンでも、この高ニッケル バリアントを使用できます。
5.3.2. 4680ニッケル-マンガンバージョンは、高ニッケルバリアントに従います
4680バッテリーの高ニッケルバージョンの技術的成熟後、テスラはニッケルマンガンバージョンを開発し、モデルYなどの中距離車や家庭用バッテリーに使用されます。
5.3.3. 4680バッテリーでのリン酸鉄カソードの使用の可能性
4680バッテリーのカソード材料としてリン酸鉄を使用する可能性があります。テスラは、シリコンベースのアノードが膨張する傾向があり、充放電サイクルの数を減らすため、バッテリーの発売イベント中にサイクル性能について言及しませんでした。4680バッテリー技術のニッケルマンガンバリアントが成熟すると、リン酸鉄バージョン4680が導入される可能性があります。このバリアントは、高サイクル性能に焦点を当てた、低コストの車両やエネルギー貯蔵バッテリーで使用されます。
高ニッケルのバリエーションからニッケルマンガンのバリエーション、そして最終的にはリン酸鉄のバリエーションまで、4680バッテリーの開発は、業界での関連材料の需要を促進します。
6.工業化の進展
6.1 テスラは2020年に4680バッテリーを最初に発表し、2030年までに3TWhの生産能力に達する予定です。
6.2 EVEとパナソニックは大型円筒形電池の分野でリードしています。
6.3 LG、Samsung、CATL、BAK、SVOLTなどの他のバッテリー会社も大きな進歩を遂げています。
7.まとめ
4680バッテリーの中核となる革新的なプロセスには、大型バッテリーセル+フルタブ設計+乾式電極技術が含まれます。これらの進歩により、バッテリーの電力と安全性が向上し、生産効率と急速充電性能が向上し、バッテリーのコストが削減されました。これにより、エネルギー密度とサイクル性能をさらに向上させることができます。現在の技術的な課題は、フルタブの製造と溶接、および乾式電極プロセスにあります。
