特斯拉的电池野心

电池生产线

特斯拉正在弗里蒙特建立一条试点电池生产线，并设计自己的设备来生产电池。这条生产线上的电池将是特斯拉生产的第一批自产电池。

这标志着，特斯拉电池生产规划进入了落地阶段。

按照特斯拉的特点，推出的产品一般都会远超同类产品性能。这次会例外吗？

去年，特斯拉首席执行官埃隆马斯克就表示，他们制造的Model 3可以像商用卡车一样，达到100万英里（160万公里）的使用寿命，电池模组的使用寿命应该在30万英里至50万英里之间。

这是不是吹牛？100万英里的动力电池，采用了什么特殊的材料或者技术吗？特斯拉是不是还藏有什么其他颠覆性的电池技术？特斯拉为自产电池，做了哪些准备？

1.研发储备电池技术

马斯克的底气来自于之前研究团队的最新成果，以及并购企业获得的先进技术。

（1）新型电解液添加剂提升电池性能

特斯拉的电池研究团队发现，新型电解液添加剂也能提升电池性能。

2018年9月，Jeff Dahn及其团队发表了一项名为《Dioxazolones and nitrile sulfites as electrolyte additives for lithium－ion batteries》（《二恶唑酮和亚硫酸氰作为锂离子电池电解液添加剂》）的国际专利。

他们在专利申请中写道：

“该发明涉及一项较少使用电解液添加剂的新型电池系统，能够在包括车辆和电网储能在内的不同储能应用中使用。

更具体地说，这项专利包含了一种能增强锂离子电池的性能及寿命，同时比依赖其他添加剂的系统，拥有更低的成本。”

根据专利申请书，该研究工作的最大亮点是描绘了一种采用了新近开发的电解液添加剂MDO，以及两种新的添加剂PDO与BS，所制成的NCM523／石墨材料锂离子软包电池。

实验结果表明，不同的化学成分配比可造成电池性能差异。

例如，在电池使用过程中，MDO和PDO均会在石墨电极表面形成保护固体电解液界膜（SEI），而BS则不会。

作为单独使用的添加剂，采用PDO作为电解液添加剂的电池性能表现最好。

另外，在长时间的电池循环性能测试中，2％PDO＋1％硫酸乙烯（DTD）的电解液添加剂组合、2％PDO＋1％二氟磷酸锂（LFO）的电解液添加剂组合，比含有碳酸亚乙烯酯（VC）的电池拥有更好的循环性能表现。

对特斯拉的这个电池研究团队，大家或许有些陌生。

早在2015年，特斯拉就赞助达尔豪斯大学的Jeff Dahn的电池研究小组，结成合作伙伴关系。2016年6月，他们的合作伙伴关系开始生效。

Jeff Dahn电池研究小组简介

Jeff Dahn在锂离子电池领域有着多年的研究经验，被认为是锂离子电池的先驱。他因帮助延长电池单体的生命周期而闻名于世。现在，他的工作主要集中在能量密度和耐用性的潜在增长上。

Jeff Dahn

（2）新型电池——电池寿命可达100万英里

2019 年 9 月 6 日，Jeff Dahn的实验室已经发布了一项新型电池的测试论文——《A Wide Range of Testing Results on an Excellent Lithium－Ion Cell Chemistry to be used as Benchmarks for New Battery Technologies》（《出色的锂离子电池化学性能的广泛测试结果，可作为新电池技术的基准》）。

论文描述了，Dahn团队测试单晶NCM正极和新型先进电解质的锂离子电池情况。

测试发现，这种类型的电池应该能够为电动汽车供电超过100万英里（160万公里），并且在电网储能中至少可持续20年。

Dahn团队已经对这种类型的电池用长达3年的完成了某些测试。测试包括在20、40和55℃下的长期充放电循环，在20、40和55℃下的长期储存，以及在40℃的高精度库仑法测试。

根据测试，这类电池即使在40℃的极端温度下，这些电池也可以达到近4000个循环。

注：紫色和绿色为Dahn团队的测试结果，在接近4000个循环后，电量还能保持在85％以上，另外三个为对比项

注：在不同温度的存储时间和剩余容量关系测试中，Dahn团队（绿色）的电池在超过400天的测试中，余电都保持在85％以上，黑色为对比的磷酸铁锂电池表现

像特斯拉的电池一样，采用主动冷却系统，它可以将电池推至6000个循环以上，也就是说很容易超过100万英里。

注：如果将电池保持在 20°C 的平均温度，这些电池将在 EV 中提供超长的总行驶里程。即使电池持续在 40°C 下运行，仍可达到10 年寿命，达到 70％的容量，预计总行驶距离为 1，200，000 km。

Dahn团队的测试发现，适当设计的NCM／石墨电池，比 LFP／石墨电池具有更长的存储寿命。由于NCM／石墨电池的体积和比能量密度，比LFP／石墨电池大得多，不再需要在能量密度和寿命之间进行权衡。

令人惊奇的是，这项测试的电池并没有用什么特殊材料，而是比较普通的电池。如下图，测试采用的电池是403025软包，能量密度在200Wh／kg。

注：在 30°C 和 C ／ 10 在 3．0 至 4．3 V 之间测量

其实，特斯拉在提升电池性能上并非只依靠Dahn团队。