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21年專(zhuān)注鋰電池定制

特斯拉的電池野心

鉅大LARGE  |  點(diǎn)擊量:1014次  |  2020年02月28日  

電池生產(chǎn)線


特斯拉正在弗里蒙特建立一條試點(diǎn)電池生產(chǎn)線,并設(shè)計(jì)自己的設(shè)備來(lái)生產(chǎn)電池。這條生產(chǎn)線上的電池將是特斯拉生產(chǎn)的第一批自產(chǎn)電池。


這標(biāo)志著,特斯拉電池生產(chǎn)規(guī)劃進(jìn)入了落地階段。


按照特斯拉的特點(diǎn),推出的產(chǎn)品一般都會(huì)遠(yuǎn)超同類(lèi)產(chǎn)品性能。這次會(huì)例外嗎?


去年,特斯拉首席執(zhí)行官埃隆馬斯克就表示,他們制造的Model3可以像商用卡車(chē)一樣,達(dá)到100萬(wàn)英里(160萬(wàn)公里)的使用壽命,電池模組的使用壽命應(yīng)該在30萬(wàn)英里至50萬(wàn)英里之間。


這是不是吹牛?100萬(wàn)英里的動(dòng)力鋰電池,采用了什么特殊的材料或者技術(shù)嗎?特斯拉是不是還藏有什么其他顛覆性的電池技術(shù)?特斯拉為自產(chǎn)電池,做了哪些準(zhǔn)備?


1.研發(fā)儲(chǔ)備電池技術(shù)


馬斯克的底氣來(lái)自于之前研究團(tuán)隊(duì)的最新成果,以及并購(gòu)公司獲得的先進(jìn)技術(shù)。


(1)新型電解液添加劑提升電池性能


特斯拉的電池研究團(tuán)隊(duì)發(fā)現(xiàn),新型電解液添加劑也能提升電池性能。


2018年九月,JeffDahn及其團(tuán)隊(duì)發(fā)表了一項(xiàng)名為《Dioxazolonesandnitrilesulfitesaselectrolyteadditivesforlithium-ionbatteries》(《二惡唑酮和亞硫酸氰作為鋰離子電池電解液添加劑》)的國(guó)際專(zhuān)利。


他們?cè)趯?zhuān)利申請(qǐng)中寫(xiě)道:


“該發(fā)明涉及一項(xiàng)較少使用電解液添加劑的新型電池系統(tǒng),能夠在包括車(chē)輛和電網(wǎng)儲(chǔ)能在內(nèi)的不同儲(chǔ)能應(yīng)用中使用。


更具體地說(shuō),這項(xiàng)專(zhuān)利包含了一種能增強(qiáng)鋰離子電池的性能及壽命,同時(shí)比依賴(lài)其他添加劑的系統(tǒng),擁有更低的成本?!?/p>

根據(jù)專(zhuān)利申請(qǐng)書(shū),該研究工作的最大亮點(diǎn)是描繪了一種采用了新近開(kāi)發(fā)的電解液添加劑MDO,以及兩種新的添加劑PDO與BS,所制成的NCM523/石墨材料鋰離子軟包電池。


實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明,不同的化學(xué)成分配比可造成電池性能差異。


例如,在電池使用過(guò)程中,MDO和PDO均會(huì)在石墨電極表面形成保護(hù)固體電解液界膜(SEI),而B(niǎo)S則不會(huì)。


作為單獨(dú)使用的添加劑,采用PDO作為電解液添加劑的電池性能表現(xiàn)最好。


另外,在長(zhǎng)時(shí)間的電池循環(huán)性能測(cè)試中,2%PDO+1%硫酸乙烯(DTD)的電解液添加劑組合、2%PDO+1%二氟磷酸鋰(LFO)的電解液添加劑組合,比含有碳酸亞乙烯酯(VC)的電池?fù)碛懈玫难h(huán)性能表現(xiàn)。


對(duì)特斯拉的這個(gè)電池研究團(tuán)隊(duì),大家或許有些陌生。


早在2015年,特斯拉就贊助達(dá)爾豪斯大學(xué)的JeffDahn的電池研究小組,結(jié)成合作伙伴關(guān)系。2016年六月,他們的合作伙伴關(guān)系開(kāi)始生效。


JeffDahn電池研究小組簡(jiǎn)介


JeffDahn在鋰離子電池領(lǐng)域有著多年的研究經(jīng)驗(yàn),被認(rèn)為是鋰離子電池的先驅(qū)。他因幫助延長(zhǎng)電池單體的生命周期而聞名于世?,F(xiàn)在,他的工作重要集中在能量密度和耐用性的潛在上升上。


JeffDahn


(2)新型電池——電池壽命可達(dá)100萬(wàn)英里


2019年九月六日,JeffDahn的實(shí)驗(yàn)室已經(jīng)公布了一項(xiàng)新型電池的測(cè)試論文——《AWideRangeofTestingResultsonanExcellentLithium-IonCellChemistrytobeusedasBenchmarksforNewBatteryTechnologies》(《出色的鋰離子電池化學(xué)性能的廣泛測(cè)試結(jié)果,可作為新電池技術(shù)的基準(zhǔn)》)。


論文描述了,Dahn團(tuán)隊(duì)測(cè)試單晶NCM正極和新型先進(jìn)電解質(zhì)的鋰離子電池情況。


測(cè)試發(fā)現(xiàn),這種類(lèi)型的電池應(yīng)該能夠?yàn)殡妱?dòng)汽車(chē)供電超過(guò)100萬(wàn)英里(160萬(wàn)公里),并且在電網(wǎng)儲(chǔ)能中至少可持續(xù)20年。


Dahn團(tuán)隊(duì)已經(jīng)對(duì)這種類(lèi)型的電池用長(zhǎng)達(dá)3年的完成了某些測(cè)試。測(cè)試包括在20、40和55℃下的長(zhǎng)期充放電循環(huán),在20、40和55℃下的長(zhǎng)期儲(chǔ)存,以及在40℃的高精度庫(kù)侖法測(cè)試。


根據(jù)測(cè)試,這類(lèi)電池即使在40℃的極端溫度下,這些電池也可以達(dá)到近4000個(gè)循環(huán)。


注:紫色和綠色為Dahn團(tuán)隊(duì)的測(cè)試結(jié)果,在接近4000個(gè)循環(huán)后,電量還能保持在85%以上,另外三個(gè)為比較項(xiàng)


注:在不同溫度的存儲(chǔ)時(shí)間和剩余容量關(guān)系測(cè)試中,Dahn團(tuán)隊(duì)(綠色)的電池在超過(guò)400天的測(cè)試中,余電都保持在85%以上,黑色為比較的磷酸鐵鋰離子電池表現(xiàn)


像特斯拉的電池一樣,采用主動(dòng)冷卻系統(tǒng),它可以將電池推至6000個(gè)循環(huán)以上,也就是說(shuō)很容易超過(guò)100萬(wàn)英里。


注:假如將電池保持在20°C的平均溫度,這些電池將在EV中供應(yīng)超長(zhǎng)的總行駛里程。即使電池持續(xù)在40°C下運(yùn)行,仍可達(dá)到10年壽命,達(dá)到70%的容量,預(yù)計(jì)總行駛距離為1,200,000km。


Dahn團(tuán)隊(duì)的測(cè)試發(fā)現(xiàn),適當(dāng)設(shè)計(jì)的NCM/石墨電池,比LFP/石墨電池具有更長(zhǎng)的存儲(chǔ)壽命。由于NCM/石墨電池的體積和比能量密度,比LFP/石墨電池大得多,不再要在能量密度和壽命之間進(jìn)行權(quán)衡。


令人驚奇的是,這項(xiàng)測(cè)試的電池并沒(méi)有用什么特殊材料,而是比較普通的電池。如下圖,測(cè)試采用的電池是403025軟包,能量密度在200Wh/kg。


注:在30°C和C/10在3.0至4.3V之間測(cè)量


其實(shí),特斯拉在提升電池性能上并非只依靠Dahn團(tuán)隊(duì)。


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