百万英里电池即将面世

Sora

锂离子研究者之一、物理学家杰夫·达恩

2018年4月，埃隆·马斯克保证，特斯拉很快就可以让电动汽车电池的使用寿命超过100万英里。在那时，这句话听起来简直夸张过头—比特斯拉车主对现有电池的期待寿命多一倍，而现有的特斯拉电池使用寿命，也已经超过大多数电动汽车的电池了。

最近，与特斯拉签有独家协议的达尔豪斯大学电池研究人员小组，在《电化学学会杂志》上发表了一篇论文，描述了一种锂离子电池“应该能够为电动汽车供电超过100万英里”，而在其生命周期内，损失的电池容量不到10%。

秘密酱料

达尔豪斯大学的电池研究小组，由世界上最重要的锂离子研究者之一、物理学家杰夫·达恩领导。他们的研究成果表明，这种电池性能明显优于以前发布的任何同类锂离子电池。研究人员指出，他们的电池对于特斯拉正开发的自动驾驶出租车和长途电动卡车来说，特别有用。

有趣的是，论文作者们并没有急着宣称自己的“突破”，反而愿意与其他研究者分享这一成果。

达恩和他的同事在论文中写道：“我们已经提供了这些电池的全部细节，包括电极成分、电极负载、电解质成分、所用的添加剂等等。这样做是为了让其他人可以重新创建这些模块，并把它们当成研发工作的基准。”

在电动汽车行业中，电池是受到严格保护的秘密。那么，为什么达恩的研究团队与特斯拉签署了独家合作协议，却公开了这种看似独一无二的电池的配方呢？达恩团队的一位前成员称，可能的答案是特斯拉已经至少有一种专有的电池化学成分，其性能优于基准测试论文中的描述。实际上，在该论文发表后不久，特斯拉就获得了一项锂离子电池的专利，该专利与论文中所描述的锂离子电池极为相似。拒绝对本文发表评论的达恩，被列为其发明者之一。

论文中描述的锂离子电池，使用锂镍锰钴氧化物NMC作为电池的正极（阴极），使用人造石墨作为负极（阳极）。在电极端子之间传送锂离子的电解质，则由与其他化合物混合的锂盐组成。

众所周知，NMC/石墨化学物质会增加锂离子电池的能量密度和寿命。几乎所有的电动汽车，包括日产Leaf和雪佛兰Bolt，都在其电池中使用了NMC化学物质，但特别的是，特斯拉并没有使用这种物质。

就算是论文中所述的那些材料，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：“换句话说，秘密酱料中没有秘密！”

寿命更长

达恩的团队通过大量优化“众所周知”的成分，并调整电池正极的纳米结构，实现了巨大的性能提升。

该电池并没有使用许多较小的NMC晶体作为阴极，而是依靠较大的晶体。马琳，这位在开发阴极设计方面起了重要作用的达恩实验室前博士研究生说，这种“单晶”纳米结构在电池充电时，不太可能产生裂纹。一般来说，阳极材料中的裂纹，正是导致电池寿命和性能下降的元凶。

在与特斯拉的合作中，达恩团队承担了创造锂离子电池的任务。该锂离子电池与市售电池相比，可以存储更多的能量，并且使用寿命更长。在电动汽车中，这些指标可转换为一次充电可以行驶多远，以及在电池停止工作之前可以从电池中释放多少电荷。

一般而言，在能量密度和电池寿命之间需要权衡取舍。如果想获得其中一样，那么另一样就势必减少。达恩的小组，负责克服这一看似不可能的任务—打破这种平衡。

锂离子电池的能量密度，是特斯拉Model 3等消费类电动汽车最重要的品质之一。消费者希望一次充电就能行驶很长一段距离。特斯拉的新车型，每次充电最多可以行驶370英里，这远远超出了其他公司的电动汽车行驶范围。

实际上，根据美国人的通勤情况，达恩估计，大多数电动汽车车主每天只使用约1/4的电量。但是，要打造一支自动驾驶机械车队或长途电动卡车帝国，特斯拉将会需要一个能够每天处理“完整充放电周期”的电池。

百万英里

长途电动卡车和自动驾驶出租车的日常行驶里程，将比普通通勤者更多。这就是为什么马斯克想要使用寿命达100万英里的电池。

马斯克提出需求，达恩完成了任务。正如达恩和他的团队在其基准测试论文中所详述的那样，“不再需要在能量密度和使用寿命之间进行权衡”。该小组测试的电池，可以充放电4000次以上，并且只损失其总容量的10%。作为比较，2014年的一篇论文显示，类似的锂离子电池仅经过1000次循环，便损失了一半的容量。

密歇根大学能源研究所电池实验室的技术主管格雷格·莱斯说：“4000次循环确实令人印象深刻。使用可充放电4000个循环的电池，100万英里的行驶范围可以轻松完成。”

在基准测试论文发布几天后，特斯拉和达恩获得了一项专利，该專利描述了一种单晶锂离子电池，该电池几乎与论文中描述的电池相同。获得专利的电池，包括一种名为ODTO的电解质添加剂，该专利声称可以“提高锂离子电池的性能和寿命，同时降低成本”。

尚不确定，专利中描述的电池是否是马斯克表示明年将投产的百万英里电池，但可以肯定的是，特斯拉的专有电池性能会更好。

加州大学圣地亚哥分校能源存储与转换实验室的雪丽·孟说，许多电动汽车公司正在追求比达恩的论文和专利所描述的电池镍含量更高的电池，以便提高电池的能量密度。孟说，下一步是将那些高密度电池的设计，与电解质和添加剂的高性能混合物相结合。

无论最终在特斯拉的巨型工厂投产的电池是什么，都有明显的迹象表明：100万英里寿命的电池很快就会到来。