แบตเตอรี่ Li-ion สำหรับ EV และสิ่งที่ต้องปรับปรุง?
| Jerry Huang
แบตเตอรี่ลิเธียมมีสองประเภทหลัก: แบตเตอรี่ลิเธียมไอออนและแบตเตอรี่ลิเธียมเมทัล จนถึงตอนนี้ แบตเตอรี่ Li-ion ที่ใช้สำหรับ EV ได้แก่ แบตเตอรี่ LFP (LiFePO4), NCM (LiNiMnCoO2), NCA, LCO (LiCoO2), LNO (LiNiO2), LMO (LiMn2O4, Li2MnO3) และแบตเตอรี่ LTO
แบตเตอรี่ลิเธียมเมทัลถูกประดิษฐ์ขึ้นครั้งแรกโดย MS Whittingham ในปี 1970 ในขณะที่แบตเตอรี่ลิเธียมเมทัลที่ล้าสมัยนี้มักจะไม่สามารถชาร์จใหม่ได้ ในขณะที่แบตเตอรี่ลิเธียมเมทัลชนิดชาร์จใหม่ได้ ซึ่งคิดค้นโดย SolidEnergy Systems ซึ่งมีข้อดีโดยรวมของน้ำหนักเบา ความหนาแน่นของพลังงานสองเท่าของแบตเตอรี่ Li-ion ปัจจุบัน อายุการใช้งานยาวนาน ต้นทุนที่เหมาะสม และปลอดภัยกว่าที่เคย ได้มาถึงการใช้งานขนาดใหญ่ หวังว่านี่จะเป็นแบตเตอรี่ลิเธียมรุ่นล่าสุดและรุ่นต่อไป
Wikipedia อ้าง: แบตเตอรี่ลิเธียมไอออนหรือแบตเตอรี่ Li-ion (LIB) เป็นแบตเตอรี่แบบชาร์จไฟได้ชนิดหนึ่ง แบตเตอรี่ลิเธียมไอออนมักใช้สำหรับอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์แบบพกพาและยานยนต์ไฟฟ้า และกำลังได้รับความนิยมเพิ่มขึ้นสำหรับการใช้งานด้านการทหารและการบินและอวกาศ แบตเตอรี่ลิเธียมไอออนต้นแบบได้รับการพัฒนาโดย Akira Yoshino ในปี 1985 จากการวิจัยก่อนหน้านี้โดย John Goodenough, Stanley Whittingham, Rachid Yazami และ Koichi Mizushima ในช่วงทศวรรษ 1970-1980 จากนั้น Sony และแบตเตอรี่ Li-ion เชิงพาณิชย์ก็ได้รับการพัฒนาโดย Sony และ ทีม Asahi Kasei นำโดย Yoshio Nishi ในปี 1991
ลักษณะทางเคมี ประสิทธิภาพ ต้นทุน และความปลอดภัยแตกต่างกันไปตามประเภทของ LIB อุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์พกพาส่วนใหญ่ใช้แบตเตอรี่ลิเธียมโพลิเมอร์ (ที่มีเจลโพลีเมอร์เป็นอิเล็กโทรไลต์) ที่มีลิเธียมโคบอลต์ออกไซด์ (LiCoO2) เป็นวัสดุแคโทดซึ่งมีความหนาแน่นของพลังงานสูง แต่มีความเสี่ยงด้านความปลอดภัย โดยเฉพาะอย่างยิ่งเมื่อเกิดความเสียหาย ลิเธียมไอรอนฟอสเฟต (LiFePO4), แบตเตอรี่ลิเธียมไอออนแมงกานีสออกไซด์ (LiMn2O4, Li2MnO3 หรือ LMO) และลิเธียมนิกเกิลแมงกานีสโคบอลต์ออกไซด์ (LiNiMnCoO2 หรือ NMC) ให้ความหนาแน่นของพลังงานที่ต่ำกว่า แต่มีอายุการใช้งานยาวนานกว่าและมีโอกาสเกิดไฟไหม้หรือระเบิดน้อยกว่า แบตเตอรี่ดังกล่าวใช้กันอย่างแพร่หลายสำหรับเครื่องมือไฟฟ้า อุปกรณ์ทางการแพทย์ และบทบาทอื่นๆ NMC และอนุพันธ์มีการใช้กันอย่างแพร่หลายในรถยนต์ไฟฟ้า
พื้นที่การวิจัยสำหรับแบตเตอรี่ลิเธียมไอออนรวมถึงการยืดอายุการใช้งาน การเพิ่มความหนาแน่นของพลังงาน การปรับปรุงความปลอดภัย ลดต้นทุน และเพิ่มความเร็วในการชาร์จ และอื่นๆ การวิจัยกำลังดำเนินการในพื้นที่ของอิเล็กโทรไลต์ที่ไม่ติดไฟเพื่อเป็นแนวทางในการเพิ่มความปลอดภัยโดยพิจารณาจากความสามารถในการติดไฟและความผันผวนของตัวทำละลายอินทรีย์ที่ใช้ในอิเล็กโทรไลต์ทั่วไป กลยุทธ์ประกอบด้วยแบตเตอรี่ลิเธียมไอออนแบบน้ำ อิเล็กโทรไลต์ที่เป็นของแข็งเซรามิก อิเล็กโทรไลต์โพลีเมอร์ ของเหลวไอออนิก และระบบที่มีฟลูออไรด์อย่างหนัก (ไม่ใส่เครื่องหมายวิกิพีเดีย)
แบตเตอรี่ลิเธียมหลักสำหรับรถยนต์ไฟฟ้าคือ NCA และ NCM โดยที่ LFP เป็นตัวเลือกรองในตลาดโลกในปี 2020 ความหนาแน่นของพลังงานของเซลล์เดียว LFP มักจะอยู่ที่ประมาณ 110Wh/kg มีน้อยมากที่สามารถผลิตได้ 190Wh/kg; ในขณะที่ความหนาแน่นของพลังงานจริงของแบตเตอรี่เซลล์เดียว NCM สามารถเป็น 200Wh/kg และหวังว่าจะเป็น 300Wh/kg ในเร็วๆ นี้ แต่สำหรับแบตเตอรี่ NCA ในปัจจุบันสามารถอยู่ที่ประมาณ 300Wh/kg ได้ Tesla ใช้แบตเตอรี่ NCA ส่วนใหญ่จาก Panasonic และ LG Chem รวมถึงแบตเตอรี่ NCM และ LFP จาก CATL ในห่วงโซ่อุปทานทั่วโลกในปัจจุบัน
แบตเตอรี่ LFP มีข้อได้เปรียบด้านต้นทุนที่ต่ำและคุณสมบัติด้านความปลอดภัยที่ดีกว่าแบตเตอรี่ NCA/NCM อย่างมาก ในขณะที่ความหนาแน่นของพลังงานที่ค่อนข้างต่ำนั้นเป็นข้อเสียอย่างชัดเจน
สำหรับการเปรียบเทียบแบตเตอรี่ NCA และ NCM การวิจัยและการประยุกต์ใช้การตลาดได้แสดงให้เห็นว่าแบตเตอรี่ลิเธียม NCA มีต้นทุนต่ำกว่าโดยมีปริมาณโคบอลต์น้อยกว่า มีอายุการใช้งานปฏิทินที่ดีกว่ามาก มีการเสื่อมสภาพน้อยกว่าแบตเตอรี่ลิเธียม NCM มาก แม้ว่าวงจรชีวิตของ NCA จะน้อยกว่า NCM แบตเตอรี่. แบตเตอรี่ NCA บางตัวใช้เก็บพลังงานแสงอาทิตย์ในอวกาศโดยมีอายุการใช้งานยาวนานถึงยี่สิบปี! ข้อเสียของแบตเตอรี่ NCA ขึ้นอยู่กับปัจจัยด้านความปลอดภัย จนถึงขณะนี้ยังไม่ปลอดภัยเท่ากับ NCM และ LFP ในสถานการณ์ที่มีอุณหภูมิสูง อย่างไรก็ตาม นักวิจัยเชื่อว่า NCA จะกลายเป็นตัวเลือกแรกสำหรับ EV ในอนาคตอันใกล้นี้ เนื่องจากมีการปรับปรุงความปลอดภัยและการผลิต
หมายเหตุ: เนื่องจากเกลือลิเธียมพื้นฐาน ลิเธียมไฮดรอกไซด์โมโนไฮเดรต ลิเธียมคาร์บอเนต (มักใช้ในวัสดุแคโทด LIB) และลิเธียมคลอไรด์สามารถแปลงเป็นสารประกอบลิเธียมต่างๆ เช่น LiPF6, LiFSI, LiTFSI และ LiBF4 สำหรับอิเล็กโทรไลต์หรือโลหะลิเธียมสำหรับแอโนดใน การผลิตแบตเตอรี่ลิเธียม ค้นหาเกลือ Poworks ลิเธียม ที่นี่