Uppdaterad 20-03-16

Något som inte alltid uppmärksammas i vanlig media är hur viktig batteristrategin är för elbilstillverkarna och vilka stora skillnader det faktiskt finns. Jag ska strax börja förklara vad Teslas strategi har varit hittills och varför detta gett dem en fördel, men varför olika omvärldsfaktorer och teknikfaktorer gör att det är oklart vilken väg de och andra elbilstillverkare kommer att välja framöver. Beslutet är mycket viktigt eftersom en elbils miljöpåverkan, effektuttag, laddhastighet, livslängd, mm. är beroende av batterityp. Att välja en viss sort gör i många fall också att man till viss del blir ”committed” och det är inte helt elementärt att lägga om kurs.

Det som skiljer kemin åt i de olika litiumjonbatterierna är framförallt det aktiva material som katoden består av. Det består av en litium-övergångsmetalloxid eller litium-övergångsmetallfosfat såsom:

  • NMC – Litium-nickel-kobolt-mangan-oxid – LiNiCoMnO2
  • LFP – Litium-järn-fosfat – LiFePO4
  • NCA – Litium-nickel-kobolt-aluminium-oxid – LiNiCoAlO2
  • LCO – Litium-kobolt-oxid – LiCoO2
  • Intensiv forskning bedrivs om litium-luft och litium-svavelmaterial, som kan ha fyra gånger större energitäthet än de ovan nämnda materialen.

I mobiltelefoner och laptops används LCO eftersom den har hög energidensitet med avseende på volym, dvs. den kan göras liten. I ett så litet batteri som en mobiltelefon spelar den lilla vikten ett Li-jonbatteri bidrar med mindre roll. Den kräver dock väldigt mycket kobolt i viktsprocent (se figur 1). I jämförelse med andra katodmaterial såsom NMC (se figur 1) har den jämförbar energidensitet med avseende på vikt, men ett LCO-batteri i en bil skulle alltså vara avsevärt mindre även om det vägde ungefär lika mycket. I moderna personbilar är inte batterivolymen det allra mest kritiska, utan livslängd och stabilitet är viktigare. Därför använder tillverkare såsom Kia, Volkswagen. Peugeot, etc. istället olika varianter av NMC, som har bättre stabilitet och tål fler cykler. Tesla är den enda som använder NCA, vilket gjort att de använt minst kobolt av alla på marknaden fram tills nu då den nya NMC811 börjat slå igenom (se figur 1). Jag får anledning att återkomma till NMC811 senare i inlägget.

Figur 1. Olika katodmaterial, deras metallinnehåll och energidensitet.
Li = Litium; Ni = Nickel; Co = Kobolt; Mn = Mangan; Al = Aluminium
Källa: researchinterfaces.com

Ämnet aktualiserades härom veckan eftersom det kommit signaler om att Tesla är på väg att göra ett högst oväntat byte av både batterikemi (elektrodkemi) och celltyp för sin instegsmodell Standard Range (SR) av Model 3 på den kinesiska marknaden. Man uppges byta från sin välkända NCA-elektrod till LFP (från CATL) p.g.a. tillgänglighet kombinerat med prisläge. För att få ta del av de kinesiska statliga subventionerna måste nämligen battericellerna vara tillverkade i Kina och för att inte hamna i samma bristsituation som övriga biltillverkare, verkar de alltså överväga att köpa den i Kina mycket vanligt förekommande LFP-cellen. I Kina hade t.ex. 95% av elbussarna LFP-batterier 2018. Även personbilstillverkaren BYD använder LFP-celler. Bytet till LFP-celler har klara miljöfördelar, vilket är mycket positivt, eftersom alla tre beståndsdelar i katoden är billiga, relativt oproblematiska och finns i stor mängd på världsmarknaden.

Vidare uppges ännu ett byte; för Long Range-modellen på den kinesiska marknaden byter man från cylindriska celler med NCA-elektrod till cylindriska celler med NMC811-elektrod (från LG-chem) för att säkra tillgång till celler från kinabaserade tillverkare även för Long Range-modellen. Detta är dock i sammanhanget en betydligt mindre skillnad än bytet till LFP-kemin i SR-modellen (och även cellgeometri – se nedan). LFP-cellen är billigare och detta kombinerat med att Model 3 har ett stort batteriutrymme i golvet och att man, tillsammans med leverantören CATL, lyckats hoppa över modulpackningen och gå direkt från cell till batteripack (ökar mängden celler med 10-15% för samma utrymme), gör att man når en acceptabel Standard Range-räckvidd med LFP-celler.

Video 1. En liten illustration av hur Teslas cylindriska NCA-celler ser ut inuti.

Cirka 50 kWh uppges rymmas i en Model 3 med LFP-celler, vilket ger samma räckvidd som nuvarande standard range med NCA-celler. Kostnadsreduktionen för ett 50-kWh batteri uppges bli cirka 25%, vilket är en jättebesparing givet batteriets stora andel av bilens totala kostnad. Lite överraskande är att Tesla också verkar byta cellgeometri för sina LFP-celler och sikta in sig på den prismatiska cellen, när deras framgångar på batterifronten hittills byggt på att de satsat på cylindriska celler (medan andra tillverkare satsat på prismatiska celler). CATLs prismatiska LFP-cell är en helt nytt cellformat för Tesla, men kommer att vara skräddarsydd för att passa Tesla Model 3.

I nästa del kommer jag att prata om de tre dominerande konstruktionerna av celler, cylindriska, prismatiska och påsceller och förklara skillnader och varför Tesla fått ett försprång, men också varför konkurrenter kan komma ikapp om de lyckas förfina nya tekniker. Sen ska vi inte heller glömma att Tesla utlovat ”Battery Day” i april i år, då de ska avslöja vad deras nästa stora framsteg på batterifronten blir. Jag kommer också att våga mig på lite gissningar om vad detta kan röra sig om i nästa del.