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2020-01-10 · 赣州新闻网 · 科技

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N P w * q ) / Q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U o }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t O 4 2 X 8了什么特殊的材料或者技术吗?特斯拉是不是^ i p还藏有什么其他颠覆性的电池技0 Y : $术?特斯拉为自产电池,做了哪些准备?

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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A x f q = ?添加剂提升电池性能


特斯拉的? 7 7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《DioxazoJ q T hlonez e N O M . t /s and nitrile sulfites as electrolyte additives foh j i !r 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: a Z P & $ B ^系统,能够在包括车辆和电~ r 1 5 ! d V网储能在内的不同储能应用中使用。


更具体地说,这S p 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j D # Y V e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(DT* B z + R eD* j T R Y ; { r .)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D u n 有碳酸亚乙烯酯(VC)的电池拥有更好的循环性能表现。v t O c Z t

对特斯拉的这个电池研( c P O * d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6 ( I池研究小组,结成合作伙伴关系。28 q e ( #016年6月,他们的合作@ N 9 k伙伴关系开始生效。

特斯拉的电池野心

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q : / F e { S V }锂离子电池的先驱。他因帮h g _ v u F J )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。

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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- 7 g | = U G T在24 0 k Y C 5 O Q0、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。


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注:? V t k l h d # o紫色和绿色为Dahn团队的测试结果,在接u 8 / ^ w T近4000个循环后,电量还能保持在85) V { : . b%以上,另外三个为对比项

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注:在不同温度的存储时间Q w k D D Z T =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%c S r E T 4 8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P , m ; C V -推至6000个循环以上,也就是说很容易超过100万英里。

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注:如1 [ P f果将电池保持在 20C 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U $ Y t池持续在 40C 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e I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c @ o ,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_ d C d y [ 3要在能量密度和寿命之间进行g N z 4 C . K t W权衡。


令人惊奇的是,这项g O = B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b w | G W % s200Wh/kg。

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注:在 30C 和 C / 10 在 3.0 至 4.3 V 之间测量z U j %

其实,5 # | , o Y b特斯拉在提升电池性能上并非只依靠Dahn团队。

(3)收购U c 9 /Maxwell,获取先进技术

2019 年 2 月,特斯拉以 2.18 亿美元溢价55%收购了Maxwell。Maxwell是业内知名的, a Z q J Y超级电容器制造商,不过,这次特斯拉看上的是他家的干电池技术。


2018年,Maxwell的化学家和电池z . 2 Z j = Q科学家V 0 % u _ ? P在发表的一篇论文中描述了他们先进的涂层技术:“与传统的浆料浇铸湿法涂覆电极不同,Maxwell的DBE具有显着的高负载能力,并能生产出K = = s厚的电极,可用于高能量密度的电池,而! k ! - b ^ f Z N不会影响物理性能和电化学性能。Maxwk X 6 ~ P + d { m =电池

为Robotaxi打下基础

在上述测试论文中,Dahn团队特别/ h ] 9 } b提到,长寿命电池对于运营类车辆的好处,尤其对“自动驾驶出租车”很有用。

自动驾驶出租车要全天驾驶,远程电动卡车也几乎是100%的放电深度,因此,进一步提升循环. * H # A M n y 6寿命,对这几类车型十分有必要。

特斯拉的电池野心


资料来源:《A Wide Range of Testing Results on an Excellent Lithium-x b . YIon Cell Chemistry to be used as Benchmarks for New Battery Technologies》

这项技术正好达到了马斯克的要求。马斯克的愿景是,特斯拉的车主不仅可以在日常通勤中使用他们的汽车,剩下的时间,可以利用车辆上的自动驾驶功能,% G X = . L @ h a提供出租车服G # [ y l v 9 `务,并从中获利。

马斯克表示,特_ s u F 5 ~斯拉将使用自己的车队来填补服务缺口,其中包括Model 3租赁汽车。

马斯克还透露说,他们正在优化汽车的各个方面,包括轮胎,以实现最少的维护,从而打造出“超高效”的; J A z W G v W f [ T拉自产电池之心,已经昭然若揭。

在特斯拉2019年的股东大会上,马斯克强调称9 P 5 y p,特斯拉产品的推出,受到电池生产规模的限制。

曾担任特斯拉领先电池专家一段时间的特斯拉CTO JB Straubel补充说:“我们需要大规模的电池生产解决方案。”

尽管他们并没有直截了当地说自己将接手电池生产,但特斯拉技术副总裁q x i s G K ODrew Baglino已经暗示的非常明显,他们希望在这一领域成为“自己的c r u s r 6 W F命运主人” 。

(2)招聘员r T )工,生产电池设备

说干就干,先从生产电池设备开始。

前不久,外媒eletrek发现了特斯拉正在招聘“电池生产工程师”,从而了解到,特斯拉正在加州的弗里蒙特建设电池试点生产线。


工作描述:

特斯拉的电池野心

来源:els & w } ^ a Aetrek

此 $ [ X Y外,特斯拉还列出了电池设计人员,分析师和测试人员的工作。

欧洲方面,特斯拉也在招聘,并透露其将在欧洲进行电池制造扩张的新计划:负责规划管理新的电池制造和! 8 F | & ? M设备工程项目的岗位,需要推动新制造设备和工艺的开发和部署以及欧洲新电池制造扩张计划的规划和执行。

目前尚不清楚特斯拉打算与电池生产商合作,还是自建电池厂。

除了技术、t E u R ) I d D A专利和生产企业等层面的积累,特斯拉在电池原材料上,也有着丰富的经验与资源。例如,在与松下合作生产电池期间,特斯拉已经逐渐参与到供应链当中,与赣锋锂业、基德曼、Pure Energy Minerals等公司都有着良好的合作关系。

无论如何,特斯拉自建电池厂的计划,已是箭在弦上。一旦特斯拉实现自产电池,全球动力电池厂商的格局可能大幅变化。而特斯拉可能成为太阳能发电、电池生产、电动汽车生产、电动汽车运营的超级企业。(完) v W [ g ? @ 3 )

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