4 loại pin lithium-ion xe điện của Tesla: bên trong khối pin xe điện Tesla model S

Tesla là nhà sản xuất ô tô điện lớn nhất thế giới và việc nghiên cứu xem họ sử dụng cell pin nào, sản xuất pin lithium và tạo mô-đun khối pin xe điện sẽ giúp bạn có cái nhìn tốt đối với thị trường pin EV.

Suốt 20 năm của Tesla , có vẻ như bí mật không nằm ở một loại pin cụ thể, mà nằm ở cách tiếp cận – rất thực dụng, linh hoạt, tiến hóa liên tục, thích nghi và tìm kiếm cơ hội.

Các loại hình dạng cell pin của Tesla

• Loại 1865 (đường kính 18 mm và cao 65 mm)
  sử dụng: Roadster (bản gốc), Model S, Model X
• Loại 2170 (đường kính 21 mm và cao 70 mm)
  sử dụng: Model 3, Model Y
• Loại 4680 (đường kính 46 mm và cao 80 mm)
  sử dụng: Model Y Sản xuất tại Texas (trong tương lai cũng có Model Y từ Đức và các mẫu mới)
• sử dụng cell lăng trụ prismatic : Model 3 và Model Y

Khi bắt đầu hành trình của mình với Tesla Roadster ban đầu , không có nhiều loại pin lithium-ion để lựa chọn. Tesla chỉ đơn giản quyết định sử dụng pin hình trụ loại 18650 (gần đây được gọi là 1865), được thiết kế cho mục đích chung (được điều chỉnh một chút cho EV).

Chúng khó sử dụng vì có nhiều cell nhỏ (dung lượng thấp) trong bộ pin (vài nghìn cell), nhưng có chất lượng đồng đều và số lượng lớn. Với kỹ thuật vượt trội để xử lý quản lý điện và nhiệt (làm mát bằng chất lỏng), Tesla đã đi theo con đường thực dụng (một số công ty khác bắt đầu sử dụng loại cell dạng túi hoặc dạng lăng trụ mới vào thời điểm đó).

Các cell loại 1865 được sử dụng trong Roadster và Model S / Model X (bao gồm cả những cell được làm mới). Nhà cung cấp chính các cell này cho Tesla là Panasonic (từ Nhật Bản).

Pin ô tô điện Tesla model S 85kWh. Nguồn Câu lạc bộ người dùng Tesla

Trong ảnh khối pin Tesla có 16 module được ráp với nhau, mỗi module là 432 cell trụ 18650 Panasonic NCA (nickel-cobalt-aluminum alloy) 3.6V 3.4AH theo cấu hình 6S72P. Tổng là 6 x 432 cells = 6,912 cells. Cả khối có cấu hình là 96S 72P, điện áp 345V danh định.

Khối pin nặng 600kg, như vậy cell pin 18650 nặng 46g/ cell, vậy tổng trọng lượng cell pin là 46g x 6912 = 318kg. Như vậy cell pin chiếm một nửa trọng lượng khối pin của Tesla.

Theo thông tin trên mạng 1 cell pin trung bình giá 1.5USD, Vậy trong một pack pin, tổng chi phí phần cell pin là 1.5$ x 6912 cell = 10,000USD.

Các phụ kiện điện khác tính trung bình là 5000USD, vậy khối pin có giá tầm 15,000USD cho xe Tesla Model S.

Như vậy trung bình 15,000$ : 85 kWh = 200 USD /kWh , như vậy là 50USD cho mỗi dặm lái xe.

 

Sau đó, Tesla nhận ra rằng sẽ tốt hơn nếu có một cell pin lớn hơn (dung lượng trên mỗi cell cao hơn và số lượng cell ít hơn), được tối ưu hóa cho ô tô điện. Đây là cách cell hình trụ loại 2170 thâm nhập thị trường với số lượng lớn cho Tesla Model 3 / Tesla Model Y cũng như cho các sản phẩm lưu trữ năng lượng.

Loại 2170 ban đầu được Panasonic sản xuất tại Tesla Gigafactory 1 ở Nevada (hiện tại đạt khoảng 38-39 GWh/năm). Trong những năm gần đây, LG Energy Solution của LG Chem cũng đã trở thành nhà cung cấp các loại pin như vậy cho Tesla – sản xuất chúng tại Trung Quốc, chủ yếu cho nhà máy Tesla Giga Thượng Hải.

Định dạng cell hình trụ mới nhất và lớn nhất từ ​​trước đến nay, loại 4680, đã ra mắt thị trường trong năm nay. Cell này lớn hơn loại 2170 gấp 5 lần về mặt vật lý, cho phép tối ưu hóa hệ thống hơn nữa và giới thiệu một số công nghệ mới. Tuy nhiên, kích thước và các giải pháp mới khiến việc sản xuất trở nên khó khăn. Đây là lý do tại sao Tesla đã bắt đầu phát triển và sản xuất tại nhà riêng của mình ở California và Texas, đồng thời khuyến khích các nhà cung cấp – bao gồm cả Panasonic – đẩy nhanh nỗ lực sản xuất pin 4680 .

Đó là ba loại pin hình trụ được Tesla sử dụng trong xe điện của mình, nhưng còn một loại thứ tư – loại hình lăng trụ, dành cho pin LFP, do CATL cung cấp. Đây là một ví dụ rõ ràng khác về sự thích ứng thực dụng với nhu cầu thị trường, vì pin LFP hình lăng trụ là nền tảng của các mẫu xe Tesla giá rẻ hơn, cấp thấp.

Các loại pin lithium ion của Tesla  theo tính chất học

Tất cả pin kéo của Tesla đều là pin lithium-ion, nhưng chúng không giống nhau. Có một số loại hóa chất cathode chính:

Ba loại cathode chính trong xe điện Tesla:

• niken-coban-nhôm (NCA)
• niken-coban-mangan (NCM)
• lithium sắt phosphate (LFP)

Hai loại đầu tiên – NCA và NCM – có mật độ năng lượng cao, khiến chúng có xu hướng được sử dụng trong các phiên bản xe Tesla tầm xa. Hai loại đó được sử dụng trong các ô hình trụ (NCA năm 1865 và 2170 của Panasonic, NCM năm 2170 của LGES).

LFP là loại có mật độ năng lượng thấp hơn. Nó không chứa niken hoặc coban, nên giá thành thấp hơn. Nó phù hợp hoàn hảo với các mô hình cấp thấp và hệ thống lưu trữ năng lượng. Tesla sử dụng các cell LFP hình lăng trụ từ CATL.

Trong Báo cáo năm 2021, Tesla giải thích rằng hãng này “sẽ tiếp tục thúc đẩy chiến lược catốt đa dạng cho LFP, catốt giàu niken và catốt giàu mangan để giải quyết nhiều phân khúc thị trường cho các sản phẩm lưu trữ năng lượng và xe cộ, đồng thời mang lại sự linh hoạt trong tương lai dựa trên giá cả và tính sẵn có của nguyên liệu thô đầu vào”.

Tesla cố gắng tăng hàm lượng niken và giảm hàm lượng coban trong pin NCA và NCM, điều này sẽ giúp giảm chi phí và cải thiện mật độ năng lượng (và quãng đường lái). Tuy nhiên, không dễ để loại bỏ coban vì vai trò của nó đối với sự an toàn và tuổi thọ của pin.

Chuỗi cung ứng cell pin của Tesla

Cuối cùng là các nhà cung cấp pin. Ban đầu và trong một thời gian dài, nhà cung cấp pin chính của Tesla là Panasonic – pin loại 1865 và 2170 với hóa chất NCA. Nhưng sau đó có thêm LG Energy Solution (pin loại 2170 với hóa chất NCM) và CATL (hóa chất LFP lăng trụ).

Ngoài ra, Tesla đã bắt đầu sản xuất pin của riêng mình – loại pin 4680 với thành phần hóa học chưa được tiết lộ (nhưng nhiều khả năng là loại có mật độ năng lượng cao.

Nói cách khác, chúng ta có thể thấy Tesla đa dạng hóa chuỗi cung ứng của mình với các nhà thầu chính:

• Panasonic:
  Nhật Bản: NCA loại 1865 (sử dụng chính: Model S/Model X)
  Hoa Kỳ (Gigafactory 1 ở Nevada: NCA loại 2170 (sử dụng chính: Model 3/Model Y từ California)
• Giải pháp năng lượng LG Chem của LG:
  Trung Quốc: NCM loại 2170 (sử dụng chính: MIC Model 3/Model Y và MIG Model Y)
• CATL:
  Trung Quốc: LFP lăng trụ (sử dụng chính: Model 3/Model Y phổ thông trên toàn cầu)
• Tesla:
  California/Texas: Loại 4680, hóa chất không được tiết lộ (công dụng chính: Model Y sản xuất tại Texas)

Như chúng ta có thể thấy, chủ đề về pin đã trở nên khá phức tạp. Có vẻ như Tesla đang tiến lên với các loại pin mới, nhưng cho đến nay vẫn chưa từ bỏ các loại pin trước đó (một phần là do thiếu năng lực sản xuất pin và chi phí bổ sung để thiết kế lại sản phẩm cho các cell pin mới).

Chỉ có thời gian mới có thể trả lời được loại pin 4680 mới nhất này sẽ nhanh và thành công đến mức nào.