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Tesla Shanghai Model 3 Könnte Mit Den LFP-Zellen Von CATL Kobaltfrei Werden – Tauchen Sie Tiefer Ein
Tesla Shanghai Model 3 Könnte Mit Den LFP-Zellen Von CATL Kobaltfrei Werden – Tauchen Sie Tiefer Ein
Video: Tesla Shanghai Model 3 Könnte Mit Den LFP-Zellen Von CATL Kobaltfrei Werden – Tauchen Sie Tiefer Ein
Video: Tesla Model 3 SR+ aus China - LFP Zellen und BMS Kalibrieren 2023, Februar
Anonim

Laut einem Bericht von Reuters ist Tesla in Gesprächen mit dem Batteriehersteller CATL*, um Lithium-Eisen-Phosphat-Zellen (LFP) für das in Shanghai hergestellte Tesla Model 3 zu liefern. LFP-Zellen haben eine etwas geringere Energiedichte als die typischen NCA-Zellen von Tesla, sind jedoch billiger, einfacher zu verpacken und erfordern keine knappen Mineralien (Kobalt und Nickel). Sie sind ideal, um die Kosten des Tesla Model 3 Standard Range Plus weiter zu senken und gleichzeitig eine ausreichende Reichweite zu bieten.

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Vor- und Nachteile von Lithium-Eisen-Phosphat-Batterien

Alle Chemien von Lithium-Ionen-Zellen erzielen eine stetige Verbesserung der Energiedichte und profitieren von Kostensenkungen. Bisher wurden für gewichtsempfindliche EV-Anwendungen Lithium-Ionen-Zellen mit Nickel-Kobalt-Mangan-(NCM)- oder Nickel-Kobalt-Aluminium-(NCA)-Kathoden wegen ihrer höheren Energiedichte bevorzugt.

Die etwas weniger energiedichten Eisen-Phosphat-(LFP)-Kathoden haben sich gut für Elektrobusse und andere schwere Fahrzeuge (Sanitär-LKWs usw.) mit bescheidenen Reichweitenanforderungen, aber anspruchsvollen Arbeitszyklen geeignet und haben über 90 % dieses Marktes erobert. LFP können in der Regel mit höheren Leistungsstufen geladen und entladen werden als ihre NCM- und NCA-Cousins ​​(nennen wir diese NCx) und sie können mehr Nutzungszyklen aushalten, bevor sie sich verschlechtern, was eine längere Lebensdauer in Hochleistungsanwendungen wie Bussen bietet.

Mit anhaltenden Fortschritten in der Chemie erreichen LFP-Zellen jetzt Energiedichten (sowohl in Bezug auf Gewicht als auch Volumen), die für Personenkraftwagen mit angemessener Reichweite sinnvoll sein können, insbesondere für solche, die Energie effizient nutzen, wie das Tesla Model 3 SR+, das über eine 250-Meilen-EPA-Reichweite.

Obwohl das ~55-kWh-Paket des SR+ mit LFP-Zellen vielleicht 40–60 kg (ca. 10-15%) mehr wiegen kann als die NCA-Version des Pakets, entspricht dies nur ~3% des Gesamtgewichts des Fahrzeugs, und noch deutlich unter dem Gewicht der Model 3 Long Range Varianten. Das leichte Mehrgewicht lässt sich leicht kompensieren, indem man weitere 1 oder 2 kWh Energie hinzufügt, um die Gesamtreichweite gleich zu halten, und vielleicht die Motorspitzenleistung optimieren, um die Spitzenbeschleunigung gleich zu halten.

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Die höhere Energiedichte von Batterien mit NCx-Chemie verschafft ihnen immer noch den Vorteil für Elektrofahrzeuge, die mehr Energie für eine Reichweite von bis zu 300 Meilen (oder mehr) bieten müssen. Die Long-Range-Varianten von Tesla werden auf absehbare Zeit weiterhin diese und aufkommende Chemikalien mit hoher Dichte verwenden.

Bei Elektrofahrzeugen, die nicht die extremsten Energiedichten benötigen, bietet LFP Vorteile wie eine lange Lebensdauer, hohe Laderaten und, vielleicht am wichtigsten, Kostenwettbewerbsfähigkeit ohne das Risiko von Einschränkungen bei der Mineralversorgung, weder jetzt noch in Zukunft.

Keine mineralischen Einschränkungen

Die für NCx-Batterien erforderliche Kobalt-Lieferkette ist bekanntermaßen komplex. Kommerziell nutzbare Kobaltvorkommen sind weltweit selten, und einige der rentabelsten befinden sich in der Demokratischen Republik Kongo (DRC), die rund zwei Drittel des weltweiten Kobaltmarktes abdeckt. Obwohl das meiste Angebot der Demokratischen Republik Kongo aus modernen Bergbautechniken stammt, stammten 2016 bis zu 20 % des Angebots aus dem „handwerklichen Bergbau“, der oft mit Kindern und unsicheren Arbeitsbedingungen verbunden war. Die Verbindung mit dieser Form des Bergbaus birgt offensichtlich ein Reputationsrisiko für Autohersteller (neben anderen Branchen, die Batterien verwenden), selbst für diejenigen (wie Tesla), die sich verpflichtet haben, kein Kobalt aus dieser Region oder anderen Regionen mit solchen Problemen zu beziehen. Da es nicht immer möglich ist, die Lieferkette zu 100% genau zu verfolgen, standen Tesla und andere Autohersteller zu Recht unter Druck, den Kobaltgehalt in den Zellen zu reduzieren.

Wir verwenden weniger als 3% Kobalt in unseren Batterien und werden in der nächsten Generation keines verwenden

- Elon Musk (@elonmusk) 13. Juni 2018

Tesla ist in seinen Bemühungen, Kobalt zu reduzieren, bereits weit fortgeschritten. Während die neueste Generation von NCM 811-Kathoden nur 10 % Kobalt enthält, haben Teslas NCA-Kathoden noch weniger. Im Juni 2018 behauptete Musk unter 3% und ging auf keine zu, und wahrscheinlich mittlerweile deutlich unter 3%. Die Umstellung eines der volumenstärksten Produkte von Tesla (Shanghai Model 3 Standard Range) auf vollständig kobaltfreie LFP-Zellen - jetzt, wo die LFP-Chemie die Schwellenenergiedichte erreicht hat - wird in dieser Hinsicht offensichtlich ein Gewinn sein.

Volkswagen hat auch angekündigt, LFP-Zellen der neuesten Chemie für seine großvolumigen Elektrofahrzeuge auf dem chinesischen Markt zu verwenden. Volkswagen könnte dies möglicherweise auch für seinen Standardbereich ID.3 und andere kommende Elektrofahrzeuge für den europäischen und US-amerikanischen Markt tun. Die Varianten mit der längsten Reichweite von Volkswagen (die nicht die umsatzstärksten in Europa oder China sein werden) werden jedoch aus den oben genannten Gründen wahrscheinlich immer noch NCx-Chemie benötigen.

Der Verzicht auf Nickel ist ein weiterer Vorteil von LFP-Zellen. Obwohl der Nickelverbrauch in EV-Batterien durch die Liefermengen in den Jahren 2019–2020 abgedeckt wird (was etwa 6% des weltweiten Angebots an hochwertigem Nickel erfordert), würde dies, da der Absatz von Elektrofahrzeugen von 2,5% des Marktes auf 25% steigt, offensichtlich erhebliche Zuwächse erfordern Nickelversorgung, wenn die NCx-Chemie noch bevorzugt wird.

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LFP-Kathoden bestehen aus Eisen, Phosphat, Sauerstoff und manchmal Mangan. Andere wichtige Zellmaterialien sind Lithiumsalze, Polymerseparatoren, Graphitanoden, Stromkollektoren aus Kupfer und Aluminium sowie Aluminiumgehäuse. All dies ist im Prinzip bereits reichlich vorhanden, und die meisten werden in relativ großen Mengen im Vergleich zum aktuellen und zukünftigen Bedarf von Elektrofahrzeugen extensiv abgebaut (oder synthetisiert). Der Lithiumabbau muss mit der wachsenden Nachfrage nach Elektrofahrzeugen Schritt halten. Tatsächlich ist es jedoch ein kleiner Teil der Zelle nach Gewicht. Und als Backstop ist Lithium an der Grenze im Meerwasser vorhanden und könnte zu Kosten gefördert werden, die immer noch erschwingliche Elektrofahrzeuge ermöglichen würden, wenn sich konventionelle Quellen als langsam erweisen oder anderweitig wirtschaftlich oder politisch eingeschränkt sind.

Kurz gesagt, es gibt eine Vielzahl möglicher Mineralchemien, die elektrische Energie speichern können, obwohl einige eine längere Geschichte haben und derzeit kommerziell rentabler sind als andere. NCx-Chemie bietet immer noch die beste Balance zwischen Kosten und Energiedichte für Langstrecken- und Hochleistungs-EVs. Die LFP-Chemie erreicht jetzt eine Energiedichte, die den Anforderungen von Elektrofahrzeugen mittlerer Reichweite entspricht, während sie ihre anderen Stärken (Laden, Langlebigkeit, Sicherheit) und niedrige Kosten mitbringt. Sie sind auch effektiv frei von mineralischen Einschränkungen, die manchmal auf die NCx-Chemie abgeglichen werden.

Die Vielzahl der Ansätze der mineralischen Lieferkette für EV-Batterien bedeutet, dass der Markt grundlegend diversifiziert ist und – auf lange Sicht – widerstandsfähig gegen eventuell auftretende besondere mineralische Beschränkungen ist. Diese Tatsache an sich verringert dann die Wahrscheinlichkeit, dass ein Mineral „kritisch“wird, da es ersetzt wird, bevor dieser Druck auftritt. Wenn die gemeldete Zusammenarbeit zwischen Tesla und CATL bei LFP-Zellen zum Tragen kommt, werden beide Unternehmen zusätzlich zu ihrer Zusammenarbeit bei NCx-Zellen von Diversifizierung, einer größeren Fülle an Minerallieferketten und einem geringeren Risiko profitieren.

Entwicklungen in der LFP-Branche

Im Dezember haben wir gesehen, dass mehrere chinesische Batteriehersteller ihre LFP-Technologie weiterentwickelt haben. Zu den größten LFP-Playern gehören CATL, Guoxuan, Lishen, EVE, BYD und BAIC. Guoxuan produzierte 2019 bereits 190 Wh/kg LFP-Zellen und drängt nun auf 200 Wh/kg:

#Guoxuan wird bis spätestens 2021 eine #LFP-Zelle mit 200 Wh/kg entwickeln, teilte das Unternehmen mit.

Guoxuan hat bereits 190 Wh/kg LFP-Zellen in Fahrzeugen mit einer Reichweite von >400 km installiert, fügte das Unternehmen hinzu. pic.twitter.com/vJtYEPQjKS

- Moneyball (@DKurac) 15. Dezember 2019

CATL, BAIC und andere streben ebenfalls 200 Wh/kg an:

Seit Juni gaben vier #China #NEV/#EV #Batteriehersteller bekannt, dass sie die Cell-to-Pack-Technologie (#C2P) entwickelt haben.#BYDs CTP für die #LFP-Superbatterie, die voraussichtlich im Mai oder Juni 2020 auf den Markt kommt.

Angeblich erhöht es die volumetrische Energiedichte um 50 % und senkt die Herstellungskosten um 30 %. pic.twitter.com/WhNx2G1Ycw

- Moneyball (@DKurac) 23. November 2019

Die Cell-to-Pack-Technologie bezieht sich auf innovative Ansätze beim Design von Batteriepacks, um die Stärken von LFP-Zellen zu optimieren. Die Zellen sind in der Regel wärmetoleranter als NCx-Zellen und weniger anfällig für thermisches Durchgehen, sodass sie möglicherweise relativ weniger Gewicht und Volumen an Kühl- und Verpackungsmaterial benötigen. Das bedeutet, dass die LFP-Zellen selbst zwar nur etwa 66 % der Energiedichte der führenden NCx-Zellen aufweisen, diese Lücke an der Verpackungsfront aber schließen können. Ein LFP-Pack kann somit vielleicht 70-80% der Energiedichte von NCx-Packs erreichen.

Das ist potenziell eine mehr als ausreichende Energiedichte für viele Elektroautos mittlerer Reichweite und erhöht gleichzeitig die Kostenvorteile von LFP in Höhe von $/kWh auf Packungsebene, die am Ende des Tages zählt. Laut Autohome haben die LFP-Pakete von CATL im Vergleich zu ihren NCM 811-Paketen Berichten zufolge bereits einen Kostenvorteil von >20 % pro kWh:

Das Tesla Shanghai Model 3 #NMC #Batteriepaket, das von #CATL bereitgestellt wird, könnte ¥63,5 K-76,2 K kosten, SPIR-Berichte

Zuvor hatte Autohome die Kosten des CATL 2019 NMC-Akkus bei 1-1,2/Wh, #LFP bei ¥0,8/Wh gemeldet. pic.twitter.com/7HjKTFbHdn

- Moneyball (@DKurac) 8. Februar 2020

Wir wissen, dass Tesla seinen eigenen Ansatz für die Batterieverpackung seiner traditionellen zylindrischen NCA-Zellen verfolgt, daher wird es interessant sein zu sehen, wie sie mit CATL-LFP-Zellen funktionieren. Viel wird davon abhängen, ob diese LFP-Zellen ebenfalls zylindrisch oder im Pouch-Format vorliegen. Im letzteren Fall könnte Tesla für einige Aspekte der Verpackungstechnologie möglicherweise auf CATL zurückgreifen oder mit dem chinesischen Batterieunternehmen zusammenarbeiten.

Werden wir dann tatsächlich LFP-Batterien in einigen der Standard Range-Fahrzeuge von Tesla sehen? Beschränken sich diese auf den chinesischen Markt oder kommen sie auch auf andere Märkte, in denen der SR+ beliebt ist? Wird das Model Y SR+ und das künftig günstigere Tesla-Modell auch diesen Weg gehen?

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In meinen Augen ist es sinnvoll, dass Tesla diesen flexiblen Ansatz verfolgt. Sofern Mindestparameter hinsichtlich Energiedichte (Reichweite), Ladegeschwindigkeit, Langlebigkeit und Stabilität eingehalten werden, sind die Kosten pro kWh Energie das entscheidende Kriterium. Innerhalb dieser Anforderungen ist Tesla in Bezug auf seinen Technologiepfad nicht dogmatisch und verwendet bereits mehrere Lieferanten (und Formfaktoren) für seine Zellen. LFP kann im Vergleich zu NCx einen langfristigen Kostenvorteil haben, einfach weil seine mineralischen Komponenten breiter verfügbar und im Wesentlichen immun gegen Engpässe und Preisspitzen sind. Dies könnte noch deutlicher werden, da die Nachfrage nach Elektrofahrzeugen innerhalb eines Jahrzehnts schnell von heute 2,5 % des Marktes auf die Mehrheit des Marktes, sicherlich in Europa und China, ansteigt.

Wir werden in den kommenden Monaten auf dem geplanten Battery and Powertrain Investor Day mehr über Teslas Pläne für Batterien erfahren. Bitte springen Sie unten mit Ihren Kommentaren ein, wenn Sie weitere Gedanken zu diesem Thema haben.

*Offenlegung: CATL war Sponsor unseres neuesten Berichts Electric Car Drivers: Demands, Desires & Dreams.

Alle Bilder mit freundlicher Genehmigung von Tesla

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