Was sind die Herstellungsschwierigkeiten für einen großen Li-Ion-Akkupack?

Wie wird ein großer Li-Ion-Akkupack, etwa in einem Auto, hergestellt? Was macht es schwierig zu produzieren, wenn überhaupt?

Diese Frage ergibt sich aus den hohen Kosten von Tesla Model S , die bei etwa 70.000 US-Dollar liegen. Im Gegensatz dazu kostet ein durchschnittliches viertüriges Auto trotz eines Verbrennungsmotors eher 20 oder 30.000 US-Dollar.

Ich verstehe das nicht. Ich hätte gedacht, dass eine große Batterie, die keine beweglichen Teile hat, viel viel billiger wäre als ein 4-Zylinder-Motor.

Wie hoch sind also die Kosten für die Herstellung einer großen Li-Ion-Batterie? Ist Lithium viel teurer als Stahl? Gibt es größere (teure) Sicherheitsvorkehrungen bei der Herstellung? Ist der Akku sehr aufwendig mit Zellen „verwoben“? Etwas anderes?

Ich weiß es nicht genau, also antworte in einem Kommentar. Die Zellen sind sehr kompliziert und erfordern extrem reine Materialien mit sehr guter Prozesskontrolle. Außerdem sind Batterien dicht. Das Model S ist deutlich schwerer als vergleichbare Verbrennungsmotoren. Alles im Auto, was schwer ist, ist auch teuer. Wenn du verstehst was ich meine.
@mkeith Der erste Teil macht Sinn, aber was meinst du damit batteries are dense? AFAIK, Batterien sind mit einem flüssigen Elektrolyten gefüllt, der einfach hineingegossen wird. Die Dichte des Elektrolyten selbst sollte nicht viel beeinflussen, sondern die pro Masseneinheit gespeicherte Energie. Li-Ion gehört zu den höchsten in MJ/kg, deshalb wurde es ausgewählt.
Die Dichte ist das Verhältnis von Masse zu Volumen. Obwohl das Model S vom Volumen her mit bestimmten Verbrennungsmotoren vergleichbar ist, ist es deutlich schwerer. Die Gesamtmaterialkosten eines Autos sind die durchschnittlichen Kosten pro kg * Anzahl kg. Beim Modell S ist die Anzahl der kg hoch, und die Kosten pro kg sind ebenfalls hoch. Ein Stück Stahl, das so viel wiegt wie eine Lithium-Ionen-Batterie, wäre billiger als die Batterie. Die Batterien sind vielleicht nicht so dicht wie Stahl, aber sie schwimmen nicht im Wasser. Glauben Sie mir. Sie möchten nicht versuchen, einen Tesla-Akkupack selbst anzuheben.
Die Batterien in einem Tesla sind Li-Ion 18650-Zellen, über 15.000 davon, wenn ich mich richtig erinnere. Es geht also nicht darum, eine riesige Batterie zu entwerfen. Obwohl ich irgendwo gelesen habe, dass Musk mit der aktuellen Lithiumzellenkapazität sowie Angebots-/Nachfrageproblemen unzufrieden ist und seine eigenen Zellen herstellen möchte.
Noch nicht erwähnt: Der Abbau von Lithium hat große Auswirkungen auf die Umwelt. Unsere "grüne" Technologie hat ein schmutziges Geheimnis :(

Antworten (4)

Wie Horta sagte, ist Lithium in Batteriequalität (~5,00 USD pro Pfund) ziemlich teuer im Vergleich zu Stahl (je nachdem, es kann weniger als 1 USD pro Pfund kosten) oder Aluminium (normalerweise auch weniger als 1 USD pro Pfund), das in einem Motorblock verwendet wird .

Lithium reagiert gerne mit der Atmosphäre und bildet Lithiumoxid/Lithiumoxid. Raffiniertes Lithium oder einfach nur Lithium im Allgemeinen erfordert wahrscheinlich eine spezielle Handhabung, was auch die Kosten erhöht. Es gibt eine ganze Reihe von Vorschriften bezüglich des Versands von Lithium.

Große Li-Ionen-Batterien oder -Zellen, insbesondere in Autos, können ein Sicherheitsrisiko darstellen, wenn sie durchstochen oder atmosphärischem Sauerstoff ausgesetzt werden. Einfach googeln, "explodierender Li-Ion-Akku". Kleinere/individuelle Zellen wie 18650-Batterien könnten dazu beitragen, die Menge an Lithium zu minimieren, die freigesetzt wird, wenn die Batterie beschädigt wird. Eine größere Anzahl kleinerer Zellen kann jedoch die Herstellungskosten erhöhen, da sie leicht ausgefeilter sein könnten (Kühlung, Verkabelung, Zusammenbau von Zellen usw.).

Abschließend:

Hauptkosten von großen Li-Ionen-Batterien:

  • Transportkosten (besondere Anforderungen)
  • Kosten für Lithium in Batteriequalität
  • Kosten für die Herstellung einer großen Anzahl kleiner Zellen
  • Kosten für den Zusammenbau kleiner Zellen zu einer großen Batterie

Es ist keine große Einzelbatterie, sondern aus vielen kleinen Zellen aufgebaut. Aber Sie könnten nicht nur viele dieser Zellen in Reihe und viele dieser seriell verbundenen Stränge parallel schalten, Sie müssen auch Temperaturregelung und Laderegelung hinzufügen. Beim Schnellladen entsteht viel Wärme, aber die Temperatur jeder Zelle muss in Grenzen gehalten werden. Wenn der große Block von Zellen überhitzt, können sie zerstört werden und sogar brennen. Der Ladevorgang muss gesteuert werden, um alle Zellen auszugleichen und den Ladevorgang zu stoppen, bevor eine einzelne Zelle das Limit überschreitet. Wenn eine oder mehrere Zellen ausfallen, sollte die große Zellenanordnung immer noch mit nur einer geringen Kapazitätsverringerung arbeiten.

Die komplette Batterie sollte in einer Automobilumgebung mit niedrigen und hohen Temperaturen, Vibrationen, schneller Beschleunigung und Verzögerung funktionieren. Selbst ein Crash sollte kein Feuer verursachen. Ein Schutz gegen innere und äußere Kurzschlüsse ist erforderlich. Der Akku soll über viele Jahre und viele Lade- und Entladezyklen zuverlässig funktionieren. Die Reichweite sollte nach einigen Jahren nur noch etwas kleiner sein als die Reichweite des Neuwagens.

Kein Besitzer eines Elektroautos möchte sein Auto wegen eines Batterieausfalls an der Ladestation brennend vorfinden.

Aufbau des Batteriepacks: https://teslamotorsclub.com/tmc/threads/pics-info-inside-the-battery-pack.34934/

Motoren ohne Kraftstoff sind rein passive Komponenten. Li-Ion-Batterien stellen eine Brandgefahr dar, wenn sie kurzgeschlossen oder beschädigt werden; Siehe die jüngsten Probleme von Samsung. Sie beginnen ihr Leben mit Ladung, sodass beim Zusammenbau des 400-V-Pakets die Gefahr eines Stromschlags besteht.

Das Design basiert auf Überlegungen zur Kühlung und Crashsicherheit. Daher die Verwendung vieler einzelner Standardzellen anstelle von Riesenzellen. Sie können von Kühlmittel umgeben bleiben und überleben, wenn das Paket verformt wird. Zum Schutz des Rucksacks gibt es einen Unterbodenschutz aus Titan, ein sehr teures Material.

Die Batterierohmaterialien sind auch ziemlich teuer, wie in anderen Antworten erwähnt: Lithium und Kobalt.

Wie Mike sagte, besteht es aus vielen kleineren 18650-Zellen. Allein die Kosten für die Anzahl dieser Personen machen einen Großteil der Kosten aus. Wenn Sie diese Batterien alleine kaufen würden, kosten sie im Allgemeinen 4-8 Dollar für eine Batterie. Tesla profitiert von der Größe und bekommt sie etwas billiger, aber es ist immer noch eine exorbitante Summe.

Tesla hat die besten Kühl-/Lade-/Entlade- und sicheren Akkupacks auf dem Markt entwickelt und lädt entsprechend. Die Teslas haben die Fähigkeit, Strom aus den Batterien besser als alle anderen auf dem Markt zu ziehen, ohne dass die Batterien spontan entzünden.

Schließlich und wahrscheinlich am wichtigsten ist, dass Lithiummetall weitaus teurer ist als Stahl. Eine einfache Google-Suche zeigt, dass Lithium zwischen 5.000 und 20.000 US-Dollar pro Tonne Lithiummetall kostet. Die Preisspanne für eine Tonne Stahl liegt zwischen 429 und 569 US-Dollar.

Was sind die Herstellungsschwierigkeiten für einen großen Li-Ion-Akkupack?
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