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dulili4546

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[交流] 特斯拉为什么这么牛？？？你知道他的王牌是什么吗？？？（CLOSNAIL带你解密）已有3人参与

为什么马斯克如此执着于自己制造电池？
一直以来，特斯拉的电池都依靠松下供应，随着特斯拉销量攀升，电池供应不足问题渐渐凸显，马斯克曾发表推文抱怨：“超级工厂内的松下电池生产线每年产量仅为24GWh，从2018年7月就已经限制了Model 3的产量。”

咱们一起理一下特斯拉在电池上做了哪些疯狂的事情。
 2019年2月5日，特斯拉宣布收购超级电容器制造商Maxwell的79%股权。据悉，Maxwell新的锂离子电极技术可使电池能量密度超300Wh/kg，甚至是500Wh/kg，并且，这一数字以2-3年为一个周期再提升15%-25%，同时，电池成本将降低10%-20%。
 2019年4月，马斯克宣布特斯拉可能将在2020年推出使用寿命超“百万英里”的新型电池。不少人因此讥讽马斯克“异想天开”、是个“骗子”。
 2019年6月，特斯拉被曝在弗里蒙特工厂附近的一个实验室开展部分电池芯制造研究。一位知情人士透露，加拿大科学院院士、加拿大达尔豪斯大学教授、国际著名电池研究专家杰夫·达恩(Jeff Dahn)和他的实验室正在为特斯拉研究一款新电池，这是一款锂离子电池，具有下一代“单晶”NMC阴极和新的高级电解液。根据达恩实验室公布的这款电池的测试结果，这款新型锂离子电池可以为电动汽车提供超过100万英里的动力。
 2019年9月，特斯拉发布了一条招聘信息，“为正在开发的一条生产线寻找技术人员”，具体职位为电池制造技术师、分析师及测试人员，工作地点是美国加州的弗里蒙特和科罗拉多州。
 2019年10月，特斯拉悄悄收购了加拿大电池制造商Hibar
 2020年1月，特斯拉还获得了一项全新化学技术专利，首批“特斯拉制造”电池也有望使用特斯拉最新先进锂离子电池化学成分。
特斯拉在电池技术上取得的成绩，离不开Jeff Dahn 、Elon Musk、JB Straubel、Kurt Kelty......这些人的努力，特斯拉设计运行里程 160 万公里的电池组，计划将于 2020 年年底量产。Jeff Dahn何许人也？学术界的人可能一点都不陌生，不过我们还是简单的介绍一下这位大神级人物。
Jeff Dahn 团队

Jeff Dahn 是公认的锂电池研究先驱，过去 20 多年来，他发表了超过 640 篇论文，同时还是 65 项发明的共同发明人。他做研究的风格偏日本学术界而非美国——非常热衷于与工业界进行深度交流与合作。Jeff Dahn 实验室是在2015年就与特斯拉达成了未来5年的合作计划。在牵手特斯拉前，Jeff 先后和 NEC、Moli Energy、NSERC /3M 等多家商业巨擘进行锂电池商业化方面的研究工作。

Jeff Dahn 长期致力于提升锂电池能量密度、改善寿命和降低成本这三大研究方向，这与特斯拉对动力电池的诉求高度一致。在前沿技术研发方面，他说过这么一句话“Our goal is to do something useful, not publish papers in Nature and similar journals.”即“我们的目标是做一些有意义的东西，而非在《自然》或类似的学术期刊上发论文。”这与前特斯拉首席电池科学家 Kurt Kelty 秉承的「特斯拉不会专注于研究电池化学技术，我们的突破是成功实现了前沿电池技术的商业化应用。」不谋而合。
在特斯拉公布 Gigafactory 超级电池工厂计划后，Jeff Dahn 表态说：“我必须参与其中。”如今，他所领导的技术突破在特斯拉使命落地中已经变得不可或缺。
 5300 次循环，3% 衰减
“对中等能量密度的软包三元锂电池进行了广泛的测试......我们得出的结论是，这种电池支持驱动电动汽车行驶超过 160 万公里，并在电网储能应用中至少持续 20 年。”这是 Jeff Dahn 研究小组论文的第一段话。Jeff Dahn 小组花了十年时间对各种不同化学特性的正负极、电解液排列组合进行测试，最后就单晶 NCM 523 正极、石墨负极电池在 20、40 和 55 度的温度条件下进行了长达三年的充放电测试。
在长期充放循环测试中，Jeff Dahn小组优先考虑对电池进行 100% DoD（即电压介于 3.0V-4.3V 区间的满充满放）测试，这一测试方法更接近商用车严苛的补能场景。
最终的测试结果显示，20 ℃工况下的单晶 NCM 523 展现出了极为出色的性能，在完成 5300 次循环后电池容量仍然可以达到初始容量的 97%。在完成 5300 循环后，Jeff Dahn 团队拆解了电池正极成像，可以看到单晶材料展现出了强大的结构稳定性，正极微粒中几乎没有出现多晶材料在满充满放后常见的微裂纹。

Jeff Dahn 认为，单晶材料晶体内部的微粒在三维空间呈有规律地、周期性地排
列，这种结构稳定性是正极性能几乎没有衰减的主要原因。即使按照表现最差的 40 ℃工况来看，按照最恶劣的应用场景反向推演（100% DOD，即将电动车电池容量使用到 0%去充电，充到 100% 停止充电，且车辆全生命周期严格遵循上述补能逻辑），电池衰减到 70%（特斯拉的质保衰减规格）也要花费十年时间跑完 3650 个循环，累计续航里程仍然可达 120 万公里。
而在实际的应用场景中，即便是补能场景更恶劣的商用车，也极少能做到 100% DOD。Jeff Dahn 认为，在现实场景中更可控的温度条件和复杂多元的补能逻辑下，电池循环寿命的表现会好得多。

 锂离子电池电解质浓度成分测定方法和系统相关专利
据外媒报道，特斯拉加拿大电池研究小组申请了一项新专利，该专利申请由Jeff Dahn领导的特斯拉电池小组提交。此次其申请的专利名为“锂离子电池电解质浓度成分测定方法和系统”。该专利提供了分析锂电池电解质的方法，可有助于防止电池故障。Jeff Dahn因帮助延长了电池的生命周期而广受赞誉，电池生命周期的延长将有助于实现锂离子电池的商业化。

专利申请中写道：“本发明提供了一种确定锂离子电池电解质成分浓度的计算机实现法，该方法包括向分光仪发送指令，以抓取电解质溶液的光谱，并生成信号，此外，还将对该信号进行分析，以确定光谱中的一个或多个频谱特征。所述方法还包括制备一个光谱数据库，该数据库要与预先确定的电解质成分浓度的溶液相对应，其中该数据库还包括每个溶液的多个光谱特征。而且，该方法还将使用光谱数据库，进一步确定机器学习（ML）模型，将利用该模型确定样品溶液中电解质成分浓度。”
此外，该专利还指出了目前电解质存在的问题及分析电解质状态方法的问题：“锂离子电池，特别是高压电池，失效的主要原因之一在于电解质的降解，特别是带电电极上电解质的降解。

 核壳结构无钴富镍正极材料
Jeff Dahn团队系统研究了无钴富镍核壳正极，研究具有富镁、铝或锰表面的材料，通过对相同的粒径进行相同比例的Mg、Al、Mn处理进行XRD分析比较，同时使用Williamson-Hall图分析Mg、Al和Mn的浓度梯度对氢氧化锂烧结核壳前驱体后残留。

这种Mg2+、Al3+和Mn4+行为差异的原因可能是因为这些阳离子与Ni3+具有不同的互扩散常数。对于Mg2+、Al3+和Mn4+要扩散到核心，它们必须通过最近的四面体位置过渡到金属-O6八面体。基于阳离子电荷的考虑，Mg2+因高电荷，Mg2+是最快的扩散体，其次是Al3+，Mn4+最慢。这对Mg、Al和Mn在高温锂化过程中不同级别的壳核：Mg扩散均匀地，Al在颗粒表面附近显示出少量的Al过量，而Mn更多与Mg和Al的结合，倾向于停留在壳区附近。这个研究作为科研来说，相当有吸睛点，但是作为产业化来说，要克服很多问题，因为镁、铝和锰在核和壳之间的互扩散是不可避免的是，很难精确制备出所需的微观结构。

目前，Jeff Dahn也已经将工作主要集中在提升锂离子电池的能量密度和耐久性上。这个更贴近与特斯拉目标“低于 3.8 万美金的整车成本、160 万公里的车辆运行里程（电池）、3.5 英里/kWh 的超低能耗成本。”

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