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一节更比六节强，特斯拉或将推出可续航100万英里的电池

百家作者：大数据文摘 2019-09-24 05:00:36

大数据文摘出品

来源：Wired

编译：刘俊寰、牛婉杨

去年四月，特斯拉首席执行官埃隆·马斯克就曾提出，特斯拉不久将拥有一款能续航一万英里（约合160万公里）的电池，当时大家都认为他在夸大其词。

最近马斯克再次提出这个说法，根据特斯拉电池研究合作伙伴发布的一篇新论文显示，或许这次他并没有在忽悠我们。

新型电池续航里程比现有电池多出两到三倍

本月早些时候，戴尔豪斯大学（Dalhousie University）的电池研究人员与特斯拉达成独家协议，他们在《电气化学学会》杂志上发表的一篇论文中描述了一种锂离子电池，称其“能够为电动汽车提供超过100万英里的动力” ，同时在使用期间的损失不会超过能量容量的10% 。

在世界上最杰出的锂离子研究者之一、物理学家Jeff Dahn的带领下，Dalhousie研究小组发现这款电池的性能明显优于之前报道的任何类似的锂离子电池。他们指出，这款电池可能特别适合应用于自动驾驶机器人和长途电动卡车领域。

Dahn和他的同事在论文中写道: “已经提供了这些电池的全部细节，包括电极组成、电极负荷、电解液组成、所用添加剂等等。” “这样做是为了让其他人能够重新创建这些单元，将其用于自己研发工作的基准。”

然而，有趣的是，研究人员并没有把这项成就视为一个突破性进展。相反，他们将其作为其他电池研究人员的基准，而且他们不会在细节上吝啬。

尽管特斯拉汽车目前使用的电池组已经远远超过了其他大多数电动汽车电池的使用时长，但如果这个说法成真，将比特斯拉现有电池续航里程还要高出两到三倍。

“单晶”NMC阴极和新的电解液

在电动汽车行业，电池化学反应通常是需要严格保密的。那么，为什么Dahn的研究小组在2016年与特斯拉签署了独家合作协议，放弃了这种看似独一无二的电池配方？

根据Dahn团队一位前成员的说法，特斯拉可能已经拥有至少一种专有的电池化学物质，其性能要优于基准报告的描述。事实上，在论文发表后不久，特斯拉就获得了一项锂离子电池的专利，专利与论文中的描述非常相似。Dahn拒绝对其置评，他是论文的主要作者之一。

论文中介绍的锂离子电池使用镍锰钴氧化物锂(NMC)作为电池的正极(阴极) ，人造石墨作为负极(阳极)，两端电极间运输锂离子的电解质由锂盐和其他化合物混合而成。

长期以来，人们都知道NMC/石墨化学能提高锂离子电池的能量密度和寿命，几乎所有的电动汽车，包括日产聆风(Nissan Leaf)和雪佛兰Bolt，在电池中都使用了NMC，但是，其中并不包括特斯拉。

于是，电解质和添加剂的混合物成了商业机密，但即使是这些材料，正如论文中所描述的，在业界也是众所周知的。就像没有参与这项研究的斯堪尼亚集团（Scania Group）锂离子电池专家Matt Lacey说：“秘密中没有什么是秘密（there is nothing in the secret sauce that was secret）！”

相反，Dahn团队通过对这些常见成分进行大量优化，以及调整电池阴极的纳米结构，实现了性能的巨大提升。

达恩团队进行的测试包括在20、40和55°C下进行长期冲放电循环测试和存储测试，以及在40°C运用库伦分析进行高精度电量分析测试

这种电池不使用许多较小的NMC晶体作为阴极，而是依靠较大的晶体。曾在Dahn实验室攻读博士学位的Lin Ma参与了阴极的设计开发，她表示，阴极材料的裂纹会降低电池的寿命和性能，但这种“单晶”纳米结构在电池充电时不太可能产生裂纹。

万众期待-续航100万英里的电池

通过与特斯拉的合作，达恩团队的任务是制造比市面上存储更多能量、使用寿命更长的锂离子电池。在电动汽车中，这些指标可以反映出一次充电能够行驶多远，以及在电池停止工作前能充电多少次。一般而言，在能量密度和电池寿命之间需要权衡取舍——如果想要更多的能量，电池的寿命就会减少。达恩的团队负责完成一项看似不可能完成的任务，即克服这种取舍。

杰夫·达恩(J. R. Dahn)

锂离子电池的能量密度是特斯拉Model 3等消费类电动汽车最重要的品质之一。顾客希望一次充电就能行驶很长一段距离。特斯拉的新车一次充电最多可以行驶370英里，这远远超出了其他公司电动汽车的行驶里程。实际上，根据美国人的通勤情况，达恩估计，大多数电动汽车车主每天只需要充四分之一的电。但是，要打造“一支自动驾驶车队”或“长途电动卡车帝国”，特斯拉将需要一个能够每天处理完整放电周期的电池。

问题在于，每天进行完全的放电和充电会给电池带来更大的压力，并使电池组件更快地退化。但是仅仅维持特斯拉电池组的当前寿命（约30-50万英里）是远远不够的。长途电动卡车和自动驾驶车日常的行驶里程会比普通通勤者多得多，这就是马斯克希望电池能够续航100万英里的原因。

马斯克向达恩问道。正如达恩和他的团队在他们的基准测试论文中详细描述的那样，“不再需要在能量密度和电池使用寿命之间做出权衡。”研究小组的结果显示，他们的电池可以充电和耗尽4000次以上，仅损失其电池容量的10%。为了便于比较，2014年的一篇论文显示，类似的锂离子电池在仅经过1000次循环便损失了50%的容量。

密歇根大学能源研究所电池实验室的技术总监格雷格·莱斯（Greg Less）说：“4000次循环确实令人印象深刻，4000次循环完全足以轻松行驶100万英里。”

就在这篇基准测试论文发表几天后，特斯拉和达恩获得了一项专利，该专利描述了一种单晶锂离子电池，几乎与论文中描述的电池相同。该专利电池包括一种名为ODTO的电解质添加剂，该专利声称可以“提高锂离子电池的性能和寿命，同时降低成本。”

目前还不确定专利中描述的电池是否是马斯克表示明年将投入生产的百万英里电池，特斯拉和达恩都没有就此发表评论。但可以肯定的是，特斯拉的专利电池性能甚至更好。

加州大学圣地亚哥分校(UC San Diego)能源储存与转换实验室的负责人Shirley Meng表示，许多电动汽车公司正在追求镍含量比达恩的论文和专利中所描述的更高的电池。这种方法可以提高电池的能量密度。孟说，下一步是将这些高密度的设计与一些高性能的电解质和添加剂混合。这是否是达恩团队需要进一步研究完善的，还是一个悬而未决的问题。

“我相信杰夫团队的最终目标是在高镍含量的阴极上展示超长寿命，但也许他们需要一种完全不同的电解质添加剂的混合物，”Shirley Meng说道，“我不认为同样的公式会奏效，这也就是他们会公布所有公式的原因。”