松下21700电芯(特斯拉电池析).pdf

21700电池解析

本文通过对松下21700电池进行解析，包含有正极材料体系，负极材料体系，

及电解液和隔膜进行解析。

1、总体概述

总所周知，特斯拉Model3采用松下21700电池，根据公开资料2018Tesla

Model3CellReport，详细的电池规格为：

表1松下21700电池整体情况

图121700电池外观

单体电池总体概述

（1）正极材料为NCA，Ni：Co：Al=90:5:5，低钴材料提高了镍含量，从而提

供高容量，并降低了材料的成本。

（2）负极材料为石墨，添加少量的Si（约3.5wt%），Si颗粒尺寸约为3μm。

（3）电解液方面：溶剂为EC:DMC:EMC，还包括改善性能的MPC，锂盐除LiPF6

之外，还可能有添加剂LiFSI。

（4）隔膜为10μm湿法单层PE膜，正极一侧涂覆氧化铝陶瓷层，厚度约1μm。

（5）单体电池容量为4.78Ah，每个电池的能量为17.5Wh，平均电压（能量/容

量）为17.5Wh/4.78Ah=3.66V

（6）单体电池总重量为68.6g，比能量（能量/质量）为254.8Wh/kg，电池直

径21mm，高70mm，电池体积为24.23mL，体积能量密度（能量/体积）为

722.3Wh/L。

下面对电池设计，特别是极片的详细参数进行解析。

2、电池关键材料化学体系

电池关键材料信息如下表2所示，正极材料为NCA，Ni：Co：Al=90:5:5，低钴

材料提供高容量，并降低了成本。正极添加碳黑导电剂，粘结剂为PVDF，集流

体为15μm的铝箔。负极材料为石墨，粒径16μm，添加少量的Si（约3.5wt%），

Si颗粒尺寸约为3μm。负极集流体为8μm的铜箔。电解液方面：溶剂为

EC:DMC:EMC，还包括改善性能的MPC，锂盐除LiPF6之外，还有添加剂LiFSI。

隔膜为10μm湿法单层PE膜，正极一侧涂覆氧化铝陶瓷层，厚度约1μm。

表2松下21700电池关键材料信息

2.1、正极材料

正极材料由类球形颗粒组成，二次颗粒内部包含很多一次颗粒，如图2所示。

图2正极极片的SEM形貌

对正极极片的SEM照片进行图像处理，分析活性颗粒粒径分布，如下图3所示，

粒径呈现三个峰值，分别为7μm、11μm和16μm。这种多粒径分布形成了高压

实的极片涂层。

图3NCA颗粒粒径分布

活性颗粒由大量一次颗粒组成，一次颗粒粒径分布如下图4所示，呈现两峰分布，

峰值粒径分别为0.24μm和0.46μm。

图4二次颗粒内部形貌以及一次颗粒的粒径分布

如图5所示，极片内部可以观察到碳黑导电剂颗粒。从SEM照片来看，碳黑导电

剂含量很低。而且这种高压实的电极活性颗粒被压入集流体，增加了涂层/集流体

的接触面积，形成了机械互锁，从而还可以减少粘结剂的用量。因此，高压实、

高活性物质比例的电极设计提高了电池的比能量和体积能量密度。

图5极片内部包含炭黑导电剂颗粒

对正极极片进行能谱分析，如图6所示。颗粒内部没有探测到碳黑导电剂和粘结

剂成分，原子比Ni:Co:Al=1:0.06:0.05≈0.9:0.5:0.5，确定活性物质的化学式为

LiNiCoAlO。电极整体的元素分布如图6中表格所示。