芝能科技出品

歐洲對中國從三元走回磷酸鐵鋰一直很好奇，所以德國慕尼黑工業(yè)大學工程與設(shè)計學院的Sandro Stock等人，對特斯拉Model 3所采用的方形硬殼磷酸鐵鋰電池《Cell teardown and characterization of an automotive prismatic LFP battery 》。

這顆電池來自于2020年12月生產(chǎn)的特斯拉Model 3，總能量為55 kWh，由兩個25串1并和兩個28串1并的電池模塊組成。電池使用的是寧德時代的LFP6228082-161Ah方形LFP電池，其規(guī)格如下：標稱容量161 Ah，額定電壓3.2 V，內(nèi)阻≤0.4mΩ，重量約3.1 Kg。內(nèi)容比較多，我們先選擇一些主要的內(nèi)容來談。

分析過程

在拆解過程中，通過內(nèi)置顯微鏡拍攝了圖像，將電池分解成殼體、卷芯和頂蓋，并記錄了各個零部件的幾何尺寸。他們還進行了焊接工藝的分析，從電池頂蓋制備橫截面樣品，檢查了焊縫的各個部分。整個拆解過程詳細展示了電池內(nèi)部的結(jié)構(gòu)和組件。

備注：逆向工程的應用方法包括稱重、幾何測量、橫截面分析、掃描電子顯微鏡（SEM）和能譜X射線光譜（EDX）的材料表征、電解質(zhì)表征，以及半電池和全電池的電化學分析，等等。

寧王設(shè)計的電芯采用了蝴蝶式設(shè)計，內(nèi)含兩個卷心，旨在最小化空隙體積（6.4%），對電池蓋的剖面和顯微分析，我們發(fā)現(xiàn)應用了多次激光焊接過程，以提供高穩(wěn)定性和密封性。電極的涂層顯示出很高的均勻性，厚度波動不到2微米。掃描電子顯微鏡圖像顯示出純石墨陽極和鋰鐵磷酸鹽陰極內(nèi)的雙峰粒子分布，陰極的邊緣覆蓋有27微米厚的氧化鋁（Al2O3）絕緣層。電化學分析表明，與常見的LP572電解質(zhì)相比，內(nèi)含電解液的性能有所提升。在161.5Ah的標稱電池容量基礎(chǔ)上，確定了電池的重力能量密度為163Wh/kg，體積能量密度為366Wh/l。

電池結(jié)構(gòu)

對特斯拉Model 3的方形硬殼磷酸鐵鋰電池進行了拆解和分析，使用CAD技術(shù)虛擬重建了電池的內(nèi)部結(jié)構(gòu)和生產(chǎn)過程。

電池的組裝步驟如圖所示，從兩個卷芯開始，最后封裝成電池并注入電解液。從電池蓋上切割出橫截面樣品，觀察了各個焊接部位的形貌，發(fā)現(xiàn)電池使用了多種激光焊接工藝，提高了電池的穩(wěn)定性和密封性。電池蓋上還有一個壓力釋放閥，用于防止電池過熱時爆炸。

根據(jù)拆解結(jié)果，繪制了詳細的CAD圖紙，展示了電池的總體尺寸和三個截面。電池的設(shè)計目標是在保證電池質(zhì)量的同時，最大化活性材料與非活性材料的比例，測得電池的容量為161.5 Ah，比能量為163 Wh/kg，體積能量密度為366 Wh/L。

審核編輯：湯梓紅