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dulili4546新蟲 (小有名氣)
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特斯拉為什么這么牛？？？你知道他的王牌是什么嗎？？？（CLOSNAIL帶你解密） 已有3人參與
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為什么馬斯克如此執(zhí)著于自己制造電池？ 一直以來，特斯拉的電池都依靠松下供應(yīng)，隨著特斯拉銷量攀升，電池供應(yīng)不足問題漸漸凸顯，馬斯克曾發(fā)表推文抱怨：“超級(jí)工廠內(nèi)的松下電池生產(chǎn)線每年產(chǎn)量?jī)H為24GWh，從2018年7月就已經(jīng)限制了Model 3的產(chǎn)量�！� 咱們一起理一下特斯拉在電池上做了哪些瘋狂的事情。 2019年2月5日，特斯拉宣布收購超級(jí)電容器制造商Maxwell的79%股權(quán)。據(jù)悉，Maxwell新的鋰離子電極技術(shù)可使電池能量密度超300Wh/kg，甚至是500Wh/kg，并且，這一數(shù)字以2-3年為一個(gè)周期再提升15%-25%，同時(shí)，電池成本將降低10%-20%。 2019年4月，馬斯克宣布特斯拉可能將在2020年推出使用壽命超“百萬英里”的新型電池。不少人因此譏諷馬斯克“異想天開”、是個(gè)“騙子”。 2019年6月，特斯拉被曝在弗里蒙特工廠附近的一個(gè)實(shí)驗(yàn)室開展部分電池芯制造研究。一位知情人士透露，加拿大科學(xué)院院士、加拿大達(dá)爾豪斯大學(xué)教授、國際著名電池研究專家杰夫·達(dá)恩(Jeff Dahn)和他的實(shí)驗(yàn)室正在為特斯拉研究一款新電池，這是一款鋰離子電池，具有下一代“單晶”NMC陰極和新的高級(jí)電解液。根據(jù)達(dá)恩實(shí)驗(yàn)室公布的這款電池的測(cè)試結(jié)果，這款新型鋰離子電池可以為電動(dòng)汽車提供超過100萬英里的動(dòng)力。 2019年9月，特斯拉發(fā)布了一條招聘信息，“為正在開發(fā)的一條生產(chǎn)線尋找技術(shù)人員”，具體職位為電池制造技術(shù)師、分析師及測(cè)試人員，工作地點(diǎn)是美國加州的弗里蒙特和科羅拉多州。 2019年10月，特斯拉悄悄收購了加拿大電池制造商Hibar 2020年1月，特斯拉還獲得了一項(xiàng)全新化學(xué)技術(shù)專利，首批“特斯拉制造”電池也有望使用特斯拉最新先進(jìn)鋰離子電池化學(xué)成分。 特斯拉在電池技術(shù)上取得的成績(jī)，離不開Jeff Dahn 、Elon Musk、JB Straubel、Kurt Kelty......這些人的努力，特斯拉設(shè)計(jì)運(yùn)行里程 160 萬公里的電池組，計(jì)劃將于 2020 年年底量產(chǎn)。Jeff Dahn何許人也？學(xué)術(shù)界的人可能一點(diǎn)都不陌生，不過我們還是簡(jiǎn)單的介紹一下這位大神級(jí)人物。 Jeff Dahn 團(tuán)隊(duì) Jeff Dahn 是公認(rèn)的鋰電池研究先驅(qū)，過去 20 多年來，他發(fā)表了超過 640 篇論文，同時(shí)還是 65 項(xiàng)發(fā)明的共同發(fā)明人。他做研究的風(fēng)格偏日本學(xué)術(shù)界而非美國——非常熱衷于與工業(yè)界進(jìn)行深度交流與合作。Jeff Dahn 實(shí)驗(yàn)室是在2015年就與特斯拉達(dá)成了未來5年的合作計(jì)劃。在牽手特斯拉前，Jeff 先后和 NEC、Moli Energy、NSERC /3M 等多家商業(yè)巨擘進(jìn)行鋰電池商業(yè)化方面的研究工作。 Jeff Dahn 長(zhǎng)期致力于提升鋰電池能量密度、改善壽命和降低成本這三大研究方向，這與特斯拉對(duì)動(dòng)力電池的訴求高度一致。在前沿技術(shù)研發(fā)方面，他說過這么一句話“Our goal is to do something useful, not publish papers in Nature and similar journals.”即“我們的目標(biāo)是做一些有意義的東西，而非在《自然》或類似的學(xué)術(shù)期刊上發(fā)論文�！边@與前特斯拉首席電池科學(xué)家 Kurt Kelty 秉承的「特斯拉不會(huì)專注于研究電池化學(xué)技術(shù)，我們的突破是成功實(shí)現(xiàn)了前沿電池技術(shù)的商業(yè)化應(yīng)用�！共恢\而合。 在特斯拉公布 Gigafactory 超級(jí)電池工廠計(jì)劃后，Jeff Dahn 表態(tài)說：“我必須參與其中�！比缃�，他所領(lǐng)導(dǎo)的技術(shù)突破在特斯拉使命落地中已經(jīng)變得不可或缺。 5300 次循環(huán)，3% 衰減 “對(duì)中等能量密度的軟包三元鋰電池進(jìn)行了廣泛的測(cè)試......我們得出的結(jié)論是，這種電池支持驅(qū)動(dòng)電動(dòng)汽車行駛超過 160 萬公里，并在電網(wǎng)儲(chǔ)能應(yīng)用中至少持續(xù) 20 年�！边@是 Jeff Dahn 研究小組論文的第一段話。Jeff Dahn 小組花了十年時(shí)間對(duì)各種不同化學(xué)特性的正負(fù)極、電解液排列組合進(jìn)行測(cè)試，最后就單晶 NCM 523 正極、石墨負(fù)極電池在 20、40 和 55 度的溫度條件下進(jìn)行了長(zhǎng)達(dá)三年的充放電測(cè)試。 在長(zhǎng)期充放循環(huán)測(cè)試中，Jeff Dahn小組優(yōu)先考慮對(duì)電池進(jìn)行 100% DoD（即電壓介于 3.0V-4.3V 區(qū)間的滿充滿放）測(cè)試，這一測(cè)試方法更接近商用車嚴(yán)苛的補(bǔ)能場(chǎng)景。 最終的測(cè)試結(jié)果顯示，20 ℃工況下的單晶 NCM 523 展現(xiàn)出了極為出色的性能，在完成 5300 次循環(huán)后電池容量仍然可以達(dá)到初始容量的 97%。在完成 5300 循環(huán)后，Jeff Dahn 團(tuán)隊(duì)拆解了電池正極成像，可以看到單晶材料展現(xiàn)出了強(qiáng)大的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性，正極微粒中幾乎沒有出現(xiàn)多晶材料在滿充滿放后常見的微裂紋。 Jeff Dahn 認(rèn)為，單晶材料晶體內(nèi)部的微粒在三維空間呈有規(guī)律地、周期性地排 列，這種結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性是正極性能幾乎沒有衰減的主要原因。即使按照表現(xiàn)最差的 40 ℃工況來看，按照最惡劣的應(yīng)用場(chǎng)景反向推演（100% DOD，即將電動(dòng)車電池容量使用到 0%去充電，充到 100% 停止充電，且車輛全生命周期嚴(yán)格遵循上述補(bǔ)能邏輯），電池衰減到 70%（特斯拉的質(zhì)保衰減規(guī)格）也要花費(fèi)十年時(shí)間跑完 3650 個(gè)循環(huán)，累計(jì)續(xù)航里程仍然可達(dá) 120 萬公里。 而在實(shí)際的應(yīng)用場(chǎng)景中，即便是補(bǔ)能場(chǎng)景更惡劣的商用車，也極少能做到 100% DOD。Jeff Dahn 認(rèn)為，在現(xiàn)實(shí)場(chǎng)景中更可控的溫度條件和復(fù)雜多元的補(bǔ)能邏輯下，電池循環(huán)壽命的表現(xiàn)會(huì)好得多。 鋰離子電池電解質(zhì)濃度成分測(cè)定方法和系統(tǒng)相關(guān)專利 據(jù)外媒報(bào)道，特斯拉加拿大電池研究小組申請(qǐng)了一項(xiàng)新專利，該專利申請(qǐng)由Jeff Dahn領(lǐng)導(dǎo)的特斯拉電池小組提交。此次其申請(qǐng)的專利名為“鋰離子電池電解質(zhì)濃度成分測(cè)定方法和系統(tǒng)”。該專利提供了分析鋰電池電解質(zhì)的方法，可有助于防止電池故障。Jeff Dahn因幫助延長(zhǎng)了電池的生命周期而廣受贊譽(yù)，電池生命周期的延長(zhǎng)將有助于實(shí)現(xiàn)鋰離子電池的商業(yè)化。 專利申請(qǐng)中寫道：“本發(fā)明提供了一種確定鋰離子電池電解質(zhì)成分濃度的計(jì)算機(jī)實(shí)現(xiàn)法，該方法包括向分光儀發(fā)送指令，以抓取電解質(zhì)溶液的光譜，并生成信號(hào)，此外，還將對(duì)該信號(hào)進(jìn)行分析，以確定光譜中的一個(gè)或多個(gè)頻譜特征。所述方法還包括制備一個(gè)光譜數(shù)據(jù)庫，該數(shù)據(jù)庫要與預(yù)先確定的電解質(zhì)成分濃度的溶液相對(duì)應(yīng)，其中該數(shù)據(jù)庫還包括每個(gè)溶液的多個(gè)光譜特征。而且，該方法還將使用光譜數(shù)據(jù)庫，進(jìn)一步確定機(jī)器學(xué)習(xí)（ML）模型，將利用該模型確定樣品溶液中電解質(zhì)成分濃度�！� 此外，該專利還指出了目前電解質(zhì)存在的問題及分析電解質(zhì)狀態(tài)方法的問題：“鋰離子電池，特別是高壓電池，失效的主要原因之一在于電解質(zhì)的降解，特別是帶電電極上電解質(zhì)的降解。 核殼結(jié)構(gòu)無鈷富鎳正極材料 Jeff Dahn團(tuán)隊(duì)系統(tǒng)研究了無鈷富鎳核殼正極，研究具有富鎂、鋁或錳表面的材料，通過對(duì)相同的粒徑進(jìn)行相同比例的Mg、Al、Mn處理進(jìn)行XRD分析比較，同時(shí)使用Williamson-Hall圖分析Mg、Al和Mn的濃度梯度對(duì)氫氧化鋰燒結(jié)核殼前驅(qū)體后殘留。 這種Mg2+、Al3+和Mn4+行為差異的原因可能是因?yàn)檫@些陽離子與Ni3+具有不同的互擴(kuò)散常數(shù)。對(duì)于Mg2+、Al3+和Mn4+要擴(kuò)散到核心，它們必須通過最近的四面體位置過渡到金屬-O6八面體�；陉栯x子電荷的考慮，Mg2+因高電荷，Mg2+是最快的擴(kuò)散體，其次是Al3+，Mn4+最慢。這對(duì)Mg、Al和Mn在高溫鋰化過程中不同級(jí)別的殼核：Mg擴(kuò)散均勻地，Al在顆粒表面附近顯示出少量的Al過量，而Mn更多與Mg和Al的結(jié)合，傾向于停留在殼區(qū)附近。這個(gè)研究作為科研來說，相當(dāng)有吸睛點(diǎn)，但是作為產(chǎn)業(yè)化來說，要克服很多問題，因?yàn)殒V、鋁和錳在核和殼之間的互擴(kuò)散是不可避免的是，很難精確制備出所需的微觀結(jié)構(gòu)。 目前，Jeff Dahn也已經(jīng)將工作主要集中在提升鋰離子電池的能量密度和耐久性上。這個(gè)更貼近與特斯拉目標(biāo)“低于 3.8 萬美金的整車成本、160 萬公里的車輛運(yùn)行里程（電池）、3.5 英里/kWh 的超低能耗成本�！� |
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2樓2020-03-02 10:40:12
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3樓2020-03-04 17:05:09
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4樓2020-06-06 09:33:00
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