秒殺LFP電池? 特斯拉NMC新電池號稱可用百年

作者 : 胡安,EDN China

特斯拉NMC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,這使得電動車可以用更少的電池行駛更長的距離。

特斯拉(Tesla)長達七年的合作夥伴——加拿大戴爾豪斯大學(Dalhousie University)教授Jeff Dahn實驗室近期在《電化學學會期刊》(Jou rnal of The Electrochemical Society)發表論文——《Li[Ni0.5Mn0.3Co0.2]O2 as a Superior Alternative to LiFePO4 for Long-Living Low Voltage Li-Ion Cells》,稱其團隊創造了一種以鎳鈷錳酸鋰(NMC 532)作為正極的全新電池設計。

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。這次論文的發佈可說是一次重大里程碑進展,詳細介紹如何使NMC電池單元的性能平衡到低於傳統電壓的操作,並與磷酸鐵鋰(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。

Jeff Dahn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:

  • 從2015年開始,戴爾豪斯大學研究人員便與特斯拉合作開發新鋰離子電池,簽訂了5年的研究合作夥伴合同。
  • 2019年,Jeff Dahn授等學者首次提出EV電池在需要更換之前可能持續使用100萬英哩。Jeff Dahn也與特斯拉在電池研發方面保持著密切的合作。
  • 2021年,雙方進行了五年的合同續約,雙方的合作將持續到2026年,繼續在鋰電技術研發上進行保持合作夥伴關係。
  • 今年3月,Jeff Dahn曾在演講中提到了400萬英哩(約643萬千公尺)壽命的電池。市場評論稱,如果Jeff Dahn的發明成真,NMC 532將成為電池技術的又一次飛躍。

在特斯拉中國工廠的Model 3車型中,用的是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。Jeff Dahn這次發明的電池也是基於鋰離子,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,NMC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——且放電循環後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,高於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。E-mobility, Electric vehicle with battery

量產可行性

儘管今天,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,然後充電容量開始下降20%以上。

不過,鑒於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。

並且由於鈷資源日益匱乏,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儲存,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。

美國政府近日宣佈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儲存電池,增加當地可再生能源電網的穩定性。

那麼,特斯拉將來什麼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,並且可能不具備電動車所需的功率特性,所以實際應用可能還需要時間。

本文原刊登於EDN China網站

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