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新研究表明特斯拉或?qū)⑸a(chǎn)壽命達百萬英里的電池

鉅大LARGE  |  點擊量:962次  |  2019年11月15日  

9月24日消息,據(jù)國外媒體報道,與特斯拉達成獨家合作協(xié)議的達爾豪斯大學電池研究人員日前發(fā)布的新研究稱,其開發(fā)的新型鋰離子電池能夠為電動汽車提供超過100萬英里的總里程。而特斯拉隨之也申請了一項新型電池專利,這意味著特斯拉首席執(zhí)行官埃隆?馬斯克(ElonMusk)所說的百萬英里電池或?qū)⒑芸斐蔀楝F(xiàn)實。


馬斯克曾承諾,公司很快就能生產(chǎn)出壽命達到100萬英里的電池,是目前預期的兩倍多。最新研究表明對此他并沒有夸口。


去年4月份,馬斯克承諾,特斯拉很快就能讓其電動汽車電池的使用壽命超過100萬英里。這是特斯拉汽車目前電池壽命的兩倍多,這因此聽起來似乎有點夸大其詞。但本月早些時候,與特斯拉達成獨家合作協(xié)議的達爾豪斯大學電池研究人員在《電化學學會雜志》上發(fā)表了一篇論文,其中描述的一種鋰離子電池“應該能夠為電動汽車提供超過100萬英里的行駛里程”,而且在整個使用周期中電池容量衰減不會超過10%。


這項研究是由世界主要鋰離子電池專家之一、物理學家杰夫·達恩(JeffDahn)領導的達爾豪西小組完成的。他們指出,其開發(fā)的電池適用于自動駕駛出租車和長途電動卡車。


達恩和他的同事在論文中寫道:“我們提供了相關電池的詳細信息,其中包括電極成分、電極負載、電解質(zhì)成分、使用的添加劑等?!薄斑@樣做是為了讓其他人能夠重建這種電池,并將它們用作研發(fā)工作的基準?!?/p>

在電動汽車行業(yè),電池化學成分往往嚴密保密。但達恩的研究團隊為什么會公開這種先進的電池配方呢?根據(jù)達恩團隊一名前成員的說法,可能是因為特斯拉已經(jīng)擁有至少相關電池專利,且性能還要優(yōu)于論文中所描述的成果。事實上,在論文發(fā)表后不久,特斯拉就獲得了一項鋰離子電池的專利,與論文中描述的鋰離子電池非常相似。達恩也被列為發(fā)明者之一。


論文中所述的鋰離子電池使用鋰鎳錳鈷氧化物(NMC)作為電池正極,同時使用人造石墨作為負極。而電池的電解質(zhì)由鋰鹽和其他化合物混合而成。


眾所周知,NMC加石墨的化學物質(zhì)能夠提高鋰離子電池的能量密度和壽命。因此電池內(nèi)電解質(zhì)和添加劑的混合物最終成為了商業(yè)機密。正如論文所述,這些材料在業(yè)界也是眾所周知的。沒有參與這項研究的斯堪尼亞集團鋰離子電池專家馬特·萊西說:“秘密就是沒有秘密!”


達恩的團隊通過對這些常見成分進行大量優(yōu)化,以及調(diào)整電池陰極的納米結構,實現(xiàn)了電池性能的巨大提升。這種電池并沒有使用許多較小的NMC晶體作為正極,而是應用了較大的NMC晶體。曾在達恩實驗室攻讀博士學位的馬琳(音譯,LinMa)參與了電池陰極的開發(fā)。她表示,這種“單晶”納米結構在電池充電時不太可能產(chǎn)生裂紋,正極材料的裂紋會降低電池的壽命和性能。


通過與特斯拉的合作,達恩團隊的任務是制造比現(xiàn)有市場上電池能量密度更大、使用壽命更長的鋰離子電池。在電動汽車中,這些指標反映的是單次充電的續(xù)航里程以及電池的重復充電次數(shù)。一般來說,能量密度和電池壽命之間有一個平衡——如果你想要更多的能量密度,可充電次數(shù)就會減少。


鋰離子電池的能量密度是特斯拉Model3等大眾電動汽車最重要的品質(zhì)之一。顧客希望單次充電就可以跑更遠的距離。特斯拉新車單次充電最多可以跑370英里(約合600公里),這遠遠超出了其他公司電動汽車的行駛里程。根據(jù)美國人的平均通勤時間,達恩估計大多數(shù)電動汽車車主每天只會使用四分之一的電池容量。但要打造一支自動駕駛出租車或長途電動卡車車隊,特斯拉將需要一種每天都能完成整個充放電周期的電池。


問題是,每天完全充放電會給電池帶來更大挑戰(zhàn),使其組件性能退化得更快。長途電動卡車和自動駕駛出租車每天的行駛里程將超過普通通勤者,這就是馬斯克希望電池壽命能夠達到100萬英里的原因。


正如達恩和他的團隊在論文中詳細描述的那樣,“人們不再需要在能量密度和電池壽命之間做出權衡。研究小組的結果顯示,他們的電池可以完全充放電4000多次,且只會損失大約10%的電池容量。”相比之下,2014年發(fā)表的一篇論文顯示,類似的鋰離子電池在僅僅1000次充放電之后就損失了一半的容量。


密歇根大學能源研究所電池實驗室技術總監(jiān)格雷格·萊斯說:“4000次充放電真的令人印象深刻。4000次充放電完全可以讓電動汽車輕松行駛100萬英里?!?/p>

就在這篇論文發(fā)表幾天后,特斯拉和達恩獲得了一項專利,該專利描述了一種與論文中描述電池幾乎相同的單晶鋰離子電池。該專利電池中包括一種名為ODTO的電解質(zhì)添加劑,聲稱可以“提高鋰離子電池的性能和壽命,同時降低成本。”


目前還不確定專利中描述的電池是否是馬斯克所說的將于明年投產(chǎn)的百萬英里電池,特斯拉和達恩都沒有就此發(fā)表評論。但可以肯定的是,特斯拉的專利電池性能甚至會更好。


加州大學圣地亞哥分校能源儲存和轉(zhuǎn)換實驗室負責人ShirleyMeng表示,許多電動汽車公司正在追求鎳含量高于特斯拉專利描述的電池。這種方法可以提高電池的能量密度。ShirleyMeng說,下一步是將這些高能量密度的電池設計與一些高性能的電解質(zhì)和添加劑相結合。目前尚不得知達恩團隊是否采用了這種模式對電池進行優(yōu)化。


“我相信達恩團隊的最終目標是通過高鎳含量的陰極延長電池壽命,但他們加入了的或許是一種完全不同的電解質(zhì)混合物,”ShirleyMeng說,“我并不認為相同的配方會真的起作用,這就是為什么他們會將其公之于眾的原因?!?/p>

無論如何,特斯拉的百萬英里電池很快就會出現(xiàn)。


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