特斯拉長達七年的合作伙伴、達爾豪西大學教授杰夫·達恩(Jeff Dahn)的實驗室近期在《電化學學會雜志》SCI期刊上發表一篇論文——《Li[Ni0.5Mn0.3Co0.2]O2 as a Superior Alternative to LiFePO4 for Long-Living Low Voltage Li-Ion Cells 》,稱他所在的團隊已經創造了一種全新的電池設計。
達恩博士在 1980 年代開創了鋰離子電池科學,是 65 項已頒發或已申請專利的發明的共同發明人。 被公認為鋰離子電池的先驅開發者之一。
多年來,該課題組一直保持與特斯拉合作從事電池的研究,為電動汽車和能源儲存帶來更持久、更快充電、更便宜的電池。這次論文的發布是一個里程碑式的成果,詳細介紹如何使 NMC 電池單元的性能平衡到低于傳統電壓的操作,并與 LFP 電池單元進行比較,在兩種電池單元類型中實現了相似的正極電壓和全負極利用。
在特斯拉中國工廠的Model 3車型中,用的是磷酸鐵鋰(LFP)電池,可充放電多達1.2萬次。與其它常見的鋰離子電池相比,其能量密度較低,但是成本低、壽命長,而且也更安全。
達恩這次發明的電池也是基于鋰離子,但含有5:3:2的鎳、錳、鈷等成分,因此被稱為NMC 532型電池。
與LFP電池相比,NWC電池有更好的庫侖效率、更棒的充電衰減、更高的充電密度,在25攝氏度時NMC 532電池在近2,000次充電——且放電循環后沒有出現顯著的損失,這就意味著它可能有超過100年的使用壽命,表現得比LFP電池優秀太多。這樣,電池可以在需要回收之前重新安裝在其他幾輛汽車上。
該電池在壽命上直接秒殺了LPF電池,同時還保留了自身受歡迎的其他特性,比如更高的能量密度,這使得電動汽車可以用更少的電池行駛更長的距離。
論文稱,正在研究的NMC 532可以在3.8V的較低電壓下工作,這大大延長了電池的壽命。另外,兼容雙氟磺酰亞胺鋰(LiFSI)鹽電解質的NMC 532電池避免了高壓腐蝕問題,在高溫下表現出優異的壽命,遠遠超過傳統LiPF6電解質。
在能量密度方面,NMC 532達到了495瓦時每升,高于LFP的425瓦時每升。這意味著搭載該電池的汽車可以用體積更小的電池行駛更長的距離。
盡管今天,特斯拉正在 100% 回收其電池,但它努力盡可能延長電池的使用壽命,因為這是最可持續的選擇。目前,特斯拉汽車中的電池可以使用約 20 萬英里,即 20 多年,然后充電容量開始下降 20% 以上。
不過,鑒于汽車的平均壽命只有十年左右,可能用不上壽命超過100年的電池。最多可以在需要回收之前在新車型中重復使用——甚至可能多次重復使用。
并且由于鈷資源日益匱乏,鎳鈷錳酸鋰電池的價格可能較為昂貴,很難承擔。但有觀點認為這項技術可以支持靜態能量存儲,因為新電池技術所需的較高成本將被延長的使用壽命所抵消。
美國政府近日宣布了多項新政策促進清潔能源發展,NMC 532可以擔任家庭房屋的能量存儲電池,增加當地可再生能源電網的穩定性。
那么,特斯拉將來什么時候會把該項技術投入到實際量產車呢?目前來說,新電池成本目前比 LFP 電池更高,并且可能不具備電動汽車所需的功率特性,所以實際應用可能還需要時間。