特斯拉電動車所使用的:NMC (鎳錳鋰)、 NCA(三元鋰)或 LFP(磷酸鐵鋰)電池差異與特性!

很多特斯拉電動車或其他品牌電動車的車主,對於自己購買的電動車電池沒有太多深入的了解,其實電動車費用最為昂貴的就是電池組,由於電池原料的關係,所得的成本十分不容易,所以根據相關資料顯示,電池費用佔電動車製造成本的三分之一,而這個比例會隨著電池尺寸增加而更高。而我們熟悉的電動車電池採用的化學成分不同而各有優缺點,其主要分類成: NMC (鎳錳鋰)、 NCA(三元鋰)或 LFP(磷酸鐵鋰)三種類別電池,先簡單說明就是 NMC/NCA 有更好的能量密度和抗寒能力,但是較貴,而 LFP 更便宜、可持續使用、更安全、使用生命週期更長,但重量變重外續航里程更低。

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電動車的製造成本

根據電動車製造商所收集的數據資料可以算出平均的成本,如圖所示,電動車電池佔總製造成本的三分之一,隨著電池的容量大小而改變佔比。也因為這樣,電池的發展速度也不斷提升的情況下,電池成本也慢慢持續降低達到跟油車總成本達到一個平衡點,而未來電池的續航里程和電池壽命都是重點。

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目前為止,絕大多數的電動車都是使用 NMC (鎳錳鋰)、 NCA(三元鋰)或 LFP(磷酸鐵鋰)三種類別電池,包含目前的特斯拉也都是採用這類的電池組。而這三種電池的化學成分不同下,在成本或能量上也都有所不同:

  • LFP(磷酸鐵鋰):成本低、密度低、可循環充電次數較高。
  • NMC (鎳錳鋰)、 NCA(三元鋰):成本高、密度高、可循環充電次數較低。
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  • LFP(磷酸鐵鋰):平均每 kWh 成本 90 美元、能量密度每公斤 160 Wh、建議充電至 100%、可循環充電壽命 2500 次。
  • NMC (鎳錳鋰):平均每 kWh 成本 130 美元、能量密度每公斤 200 Wh、建議充電至 80-90%、可循環充電壽命 1000 次。
  • NCA(三元鋰):平均每 kWh 成本 130 美元、能量密度每公斤 200 Wh、建議充電至 80-90%、可循環充電壽命 1000 次。

NMC (鎳錳鋰)電池

優點缺點
能量密度高(續航里程更遠)
在寒冷氣候下充電速度較快
鋰和鈷開採昂貴
循環壽命比LFP電池短,熱失控風險更高
不可持續再生的原材料

NMC (鎳錳鋰)電池是目前現今電動車最常見的一款電池,從日系 Leaf 到賓士 EQS 系列都採用這樣的電池,顧名思義就是電池的陰極材料使用鎳、錳、鈷各 33 %所組成。而這款電池的優點在於能量密度高(續航里程更遠)並對於低溫環境不太受影響,這代表在寒冷氣候下充電可以更快速。

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不過,對於鎳和鈷這兩種材料是不可持續再利用的,對於發展中的國家這樣的開採作法是不道德,而且在價格也上更加貴,所以才會比 LFP 的成本更高。所以各品牌製造商通常建議電動車將使用 NMC (鎳錳鋰)電池平常充至 80% 就好,以避免長期退化影響,而長途旅行才建議充至 90-100%。

NCA(三元鋰)電池

優點缺點
能量密度高(續航里程更遠)
不採用錳材料
鋰和鈷開採昂貴
循環壽命比LFP電池短

NCA(三元鋰)電池跟NMC (鎳錳鋰)電池非常類似,但目前使用的車款非常少,僅用於老款的 Tesla 電動車車款上,像是改款前的 Model 3、Model S 和 Model X 都是採用這類的電池。而這款電池的優勢一樣有高能量密度(續航里程更遠),跟 NMC (鎳錳鋰)電池比較,原材料上使用鋁來替代對環境不可持續再生錳材料,更提高電池使用壽命。

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不過,NCA(三元鋰)電池比較 LFP(磷酸鐵鋰)的生命週期還是偏低,而且價格更高,因為材料上還是有包含鈷和鎳材料。Tesla 官方也建議使用這款 NCA(三元鋰)電池的車主電池平常充電至 90% 就好,以保持電池的健康度。

LFP(磷酸鐵鋰)電池

優點缺點
生命週期長,熱失控風險更低
成本更低
更環保可持續
能量密度低(續航里程短)
寒冷低溫環境表現差
仍然使用貴的鋰材料

LFP(磷酸鐵鋰)電池簡單來說就是製造成本更低、生命週期更高的一種電池,但大部分都會採用在入門級電動車款上,這跟前面 NCA(三元鋰)和 NMC (鎳錳鋰)電池有所不同,LFP(磷酸鐵鋰)所使用的原料不含鎳、鈷和鎂,所以製造成本相對更低,在跟 NMC (鎳錳鋰)來比較,也更加堅固不會容易受熱失控影響。

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LFP(磷酸鐵鋰)最佳的優勢就是生命週期長,減少電池退化的問題,基本上這類電池組可以進行超過 3000 次完整循環充電,而相對 NCA(三元鋰)和 NMC (鎳錳鋰)的完全循環充電次數只有 1000 – 2000 次來的高上很多。

另外需要特別注意的是,如果你的特斯拉也是搭配 LFP(磷酸鐵鋰)電池,官方都會建議車主每周至少要充電到 100% 滿電,以便正確校準電池組的真實續航里程,不過這也是因為生命週期長的特性降低了能量密度的性能表現。但是還是有其他品牌電動車建議平日設定至 80% 以上電力就可以了,這要看各家製造商的規定。

其實特斯拉的LFP(磷酸鐵鋰)電池車輛建議都充電至 100% 和 NCA(三元鋰)和 NMC (鎳錳鋰)電池 兩種電池特性建議只充到 80-90%的限制,認真比較起來 LFP 平日可使用續航里程等同於特斯拉 Model 3 SR 和 Model 3 LR 一樣的可使用續航。

Model 3建議售價WLTP里程建議充電%續航里程
SR 標準版169.49萬491km100%491km
LR 長續航版208.49萬614km80%491km

如果你知道 Model 3 SR 版本搭配 LFP(磷酸鐵鋰)和 Model 3 LR 版本搭配 NMC (鎳錳鋰)的平日里程都是 491 公里,而價格卻相差 39 萬元台幣,你會購買哪一個版本的特斯拉呢?

未來電池發展

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寧德時代新能源科技有限公司 (CATL)、松下、三星 SDI、LG Energy Solution和比亞迪 等電池製造商 正在快速開發能量密度更高、更輕、更安全、更可持續,而且更重要的是價格實惠的新型電池。

像是,比亞迪電動汽車均採用其專有的「刀片電池」技術,該技術使用長而薄的模塊形狀的磷酸鐵鋰電池,這些模塊緊密堆疊在一起,為車輛提供結構完整性,而不是使用盒狀模塊。由於節省了空間,深圳汽車製造商聲稱能量密度提高了 50%,並且在極端天氣條件和穿刺測試中更加安全。

同樣的,特斯拉也正在開發 Model Y 電動車上試驗新款鎳鈷錳 (NCM) 化學物質的「4680」電池。據稱,圓柱形電池的能量密度提高了五倍,功率提高了六倍,行駛里程提高了 16%。它也是車輛結構的一部分,且生產成本較低(每千瓦時的成本約為 56%)。

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