新研究表明特斯拉或将生产寿命达百万英里的电池

导读：据国外媒体报道，与特斯拉达成独家合作协议的达尔豪斯大学电池研究人员日前发布的新研究称，其开发的新型锂离子电池能够为电动汽车提供超过100万英里的总里程。而特斯拉随之也申请了一项新型电池专利，这意味着特斯拉首席执行官埃隆·马斯克(Elon Musk)所说的百万英里电池或将很快成为现实。

9月24日消息，据国外媒体报道，与特斯拉达成独家合作协议的达尔豪斯大学电池研究人员日前发布的新研究称，其开发的新型锂离子电池能够为电动汽车提供超过100万英里的总里程。而特斯拉随之也申请了一项新型电池专利，这意味着特斯拉首席执行官埃隆·马斯克(Elon Musk)所说的百万英里电池或将很快成为现实。

马斯克曾承诺，公司很快就能生产出寿命达到100万英里的电池，是目前预期的两倍多。最新研究表明对此他并没有夸口。

去年4月份，马斯克承诺，特斯拉很快就能让其电动汽车电池的使用寿命超过100万英里。这是特斯拉汽车目前电池寿命的两倍多，这因此听起来似乎有点夸大其词。但本月早些时候,与特斯拉达成独家合作协议的达尔豪斯大学电池研究人员在《电化学学会杂志》上发表了一篇论文,其中描述的一种锂离子电池“应该能够为电动汽车提供超过100万英里的行驶里程”，而且在整个使用周期中电池容量衰减不会超过10%。

这项研究是由世界主要锂离子电池专家之一、物理学家杰夫·达恩(Jeff Dahn)领导的达尔豪西小组完成的。他们指出，其开发的电池适用于自动驾驶出租车和长途电动卡车。

达恩和他的同事在论文中写道:“我们提供了相关电池的详细信息，其中包括电极成分、电极负载、电解质成分、使用的添加剂等。”“这样做是为了让其他人能够重建这种电池，并将它们用作研发工作的基准。”

在电动汽车行业，电池化学成分往往严密保密。但达恩的研究团队为什么会公开这种先进的电池配方呢？根据达恩团队一名前成员的说法，可能是因为特斯拉已经拥有至少相关电池专利，且性能还要优于论文中所描述的成果。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，与论文中描述的锂离子电池非常相似。达恩也被列为发明者之一。

论文中所述的锂离子电池使用锂镍锰钴氧化物(NMC)作为电池正极，同时使用人造石墨作为负极。而电池的电解质由锂盐和其他化合物混合而成。

众所周知，NMC加石墨的化学物质能够提高锂离子电池的能量密度和寿命。因此电池内电解质和添加剂的混合物最终成为了商业机密。正如论文所述，这些材料在业界也是众所周知的。没有参与这项研究的斯堪尼亚集团锂离子电池专家马特·莱西说:“秘密就是没有秘密!”

达恩的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，实现了电池性能的巨大提升。这种电池并没有使用许多较小的NMC晶体作为正极，而是应用了较大的NMC晶体。曾在达恩实验室攻读博士学位的马琳(音译，Lin Ma)参与了电池阴极的开发。她表示，这种“单晶”纳米结构在电池充电时不太可能产生裂纹，正极材料的裂纹会降低电池的寿命和性能。

通过与特斯拉的合作，达恩团队的任务是制造比现有市场上电池能量密度更大、使用寿命更长的锂离子电池。在电动汽车中，这些指标反映的是单次充电的续航里程以及电池的重复充电次数。一般来说，能量密度和电池寿命之间有一个平衡——如果你想要更多的能量密度，可充电次数就会减少。

锂离子电池的能量密度是特斯拉Model 3等大众电动汽车最重要的品质之一。顾客希望单次充电就可以跑更远的距离。特斯拉新车单次充电最多可以跑370英里（约合600公里），这远远超出了其他公司电动汽车的行驶里程。根据美国人的平均通勤时间，达恩估计大多数电动汽车车主每天只会使用四分之一的电池容量。但要打造一支自动驾驶出租车或长途电动卡车车队，特斯拉将需要一种每天都能完成整个充放电周期的电池。

问题是，每天完全充放电会给电池带来更大挑战，使其组件性能退化得更快。长途电动卡车和自动驾驶出租车每天的行驶里程将超过普通通勤者，这就是马斯克希望电池寿命能够达到100万英里的原因。

正如达恩和他的团队在论文中详细描述的那样，“人们不再需要在能量密度和电池寿命之间做出权衡。研究小组的结果显示，他们的电池可以完全充放电4000多次，且只会损失大约10%的电池容量。”相比之下，2014年发表的一篇论文显示，类似的锂离子电池在仅仅1000次充放电之后就损失了一半的容量。

密歇根大学能源研究所电池实验室技术总监格雷格·莱斯说:“4000次充放电真的令人印象深刻。4000次充放电完全可以让电动汽车轻松行驶100万英里。”

就在这篇论文发表几天后，特斯拉和达恩获得了一项专利，该专利描述了一种与论文中描述电池几乎相同的单晶锂离子电池。该专利电池中包括一种名为ODTO的电解质添加剂，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所说的将于明年投产的百万英里电池，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会更好。

加州大学圣地亚哥分校能源储存和转换实验室负责人Shirley Meng表示，许多电动汽车公司正在追求镍含量高于特斯拉专利描述的电池。这种方法可以提高电池的能量密度。Shirley Meng说，下一步是将这些高能量密度的电池设计与一些高性能的电解质和添加剂相结合。目前尚不得知达恩团队是否采用了这种模式对电池进行优化。

“我相信达恩团队的最终目标是通过高镍含量的阴极延长电池寿命，但他们加入了的或许是一种完全不同的电解质混合物，” Shirley Meng说，“我并不认为相同的配方会真的起作用，这就是为什么他们会将其公之于众的原因。”

无论如何，特斯拉的百万英里电池很快就会出现。