特斯拉成功申请4000次充放电专利

发布时间:2020-05-20

据外媒报道特斯拉CEO埃隆马斯克希望将电动汽车电池的使用寿命延长到160万公里,该公司提交的新专利也证实特斯拉正在加速实现这个目标。该项新专利描述了新的电池锂化制造过程中采用的镍钴铝(NCA)电极合成方法与工艺,新工艺能够极大提升电池寿命,同时还能降低电池制造成本。

目前,特斯拉一直就该项新技术申请美国专利和国际专利。据最新消息,特斯拉公司已经通过加拿大特斯拉分公司就该电池技术申请通过了国际专利。

这次特斯拉电池新专利的曝光,从去年就有信息透露特斯拉正在研发超长使用寿命电池。

2019年,特斯拉的电池研究方向合作商 JeffDahn 发表了一篇关于电池的新论文,论文中提到正在与特斯拉合作开发的电池使用里程超过160万公里,新电池在零下40度的极端温度下能持续进行4000次充放电循环。

同样是在2019年,特斯拉在电池领域动作频频,宣布2.18亿美元以溢价55% 收购 Maxwell 电池公司、自建电池秘密研究中心和高校合作研究新电池技术等。

此次,特斯拉提交的新专利名为镍钴铝(NCA)电极合成方法,描述了电池生产当中新的高效新电极合成方法,被称为镍钴铝电极加热工艺。

以前的加热方法有时会导致名为锂基板(L15AIO4)的杂质形成,而降低电池中的锂含量,虽然可以减少污染,但也会导致电化学性能较差。

对于这种现象新专利中也所提到,电池将被加热到足以使单晶生长的温度。修正后的锂与其他金属的比例将限制第一次加热过程中杂质的形成。锂将在低于第一个加热周期的温度下进行第二次加热。

参与该专利的研究人员指出,这一过程有助于开发无杂质的单晶 NCA,使电池可以达到4000多次充放电循环,进而使电池使用寿命高达160万公里。

现阶段,特斯拉车型所使用的电池寿命远远达不到160万公里,其实车辆设计之初就已经考虑到160万公里使用目标,目前车身结构、电驱系统以及电子系统寿命都可以做到,但电池无疑是短板。当前特斯拉动力电池寿命只有50万公里左右。

届时特斯拉的160万公里使用寿命电池问世,对车用电池行业绝对是一次革命式创新,绝对是非常伟大成就。

目前许多车型上三元锂电池充放次数大概在1000次左右,最耐用的磷酸铁锂电池也仅在2000次左右充放次数,未来充放次数可以达到4000多次的特斯拉新电池问世后毫无疑问具有压倒性优势。

不过这个新款电池搭载到了特斯拉各个车型上,也不代表这辆车就能开到160万公里,因为汽车使用寿命取决于很多因素,同整车的零部件质量,制造和车辆工艺都有很大关系。

内燃机汽车从诞生到使用已经100多年,生活中行驶里程在100万公里以上的也并不多见。

内燃机技术目前已经非常成熟,生产成本也比较低,可维修性很强。电动车电池一旦出现问题需要更换,成本不仅昂贵且维修难度也非常大,开发长续航电池是急需解决的问题,而研发超长使用寿命电池也是大的行业趋势。

目前,我国新能源汽车领域使用最多的是磷酸铁锂电池和三元锂电池这两种类型电池。

酸磷铁锂电池,是用酸磷铁锂作为正极材料的锂离子电池。(锂离子电池的正极材料主要有钴酸锂、锰酸锂、镍酸锂、三元材料和磷酸铁锂等)。

稳定性是目前车用车用电池中最好的,前文提到过2000次左右充放次数也是目前电池种类中最高的。

温度过低的情况下,会严重影响使用寿命,磷酸铁锂电池应用的车型,不适合我国北方寒冷地区使用。

成本较高(虽然经过这两年提升三元锂电池规模,制造成本已经大幅下降,对售价低车型仍然属于售价偏高)。

稳定性差,三元锂电能量密度比高,安全稳定性必然比酸磷铁锂电池低(并且三元锂材料的化学反应尤其强烈,50-300℃高温就会产生分解,一旦释放氧分子,在高温作用下电解液迅速燃烧,随即发生爆燃现象)。

石墨烯电池近几年被吵的火热,在实验中,石墨烯电池可把数小时的充电时间压缩至不到一分钟。在锂电池内添加石墨烯,可以帮助锂电池降低产能时的热量,最大限度上减少能量损失,避免了大量能量被浪费,减少了热量对电池的损害,提高了电池的使用寿命。

石墨烯电池又称纯金打造的电池,在锂电池内添加石墨烯,生产成本太过昂贵,大约2000元左右/克,根本无法大规模应用,石墨烯电池现阶段仅用于航空航天这些不计成本行业。

当下磷酸铁锂电池在电动车行业已经使用非常广泛,除开小型新能源汽车,像电动公交车和其他重型车辆都在使用磷酸铁锂电池。

三元锂电池这些年在国内迅速发展离不开国内前几年新能源补贴政策,这几年来国家在补贴上偏向长续航里程、电池系统能量密度高的车型,因此许多车企的产品都在向着三元锂电池靠拢。

但当补贴退坡之后,很多低价和主打高性价比的车型就不得不重新考虑使用成本更低的磷酸铁锂电池。

目前特斯拉使用单节18650以及最新21700电池,这两种类型电池寿命现今远远达不到特斯拉新专利当中提到的160万公里使用寿命。

在21700电池使用后,特斯拉官方也称21700电池 比18650电池能量密度提升20%,系统成本预计下降9% 左右,重量也下降10% 左右,目前特斯拉 Model 3所使用的电池,由松下和 LG 化工这两家公司生产提供。但是不管是18650电池还是21700电池,都属于三元锂离子电池。

2017年,易到用车被拍卖的12辆特斯拉营运车队中,法院对车辆残值采用电池的实际存储容量进行估算。

这12辆特斯拉 model S 平均行驶里程16万公里,原始续航力550公里,平均电池循环290多次,经过估算后平均续航力仅剩361公里。安装百分比来算这些车辆16万公里后衰减了34.36%,相当于电池已接近报废标准,与其特斯拉官宣的5%相差甚远。这在当时一定程度上影响到消费者对特斯拉电池的信心,也严重影响后来特斯拉车型在二手市场保值率。

电池衰减问题一直困扰着所有新能源车企,就算业界最优秀的特斯拉同样如此,在使用三元锂电池后,特斯拉经过3000次测试也只能保持70% 的电量,开发超长寿命也是极其紧迫事情。

未来特斯拉新专利当中描述的160万公里电池问世后,我们也不要忽视另一个核心。电池是电动汽车核心,而电池的核心在电池管理系统( BMS)。

包括特斯拉在内,国内外许多新能源汽车企业都将电池管理系统作为企业核心的技术来看待。

电池管理系统对于电动汽车来说是最重要系统之一,关乎电池的安全,是用来连接车载动力电池和电动汽车的重要纽带。

其主要功能包括:电池状态预估、电池物理参数实时监测、在线安全报警和预警、充放电控制、热管理等。

在特斯拉电动汽车三大件中,电池、电机和其它部件都采用外部采购,只有电池管理系统特斯拉一直坚持自主研发。

特斯拉所申请的核心知识产权大都与电池管理系统息息相关,可见电池管理系统对于新能源汽车的重要性。

简单理解,iPhone手机在各项配置可能不如同价位品牌手机高,但通过ios系统监控,使得每个零件之间相互配合,让整部手机在流畅度、耗电量以及启动速度各方都处于最理想状态。

通过预测,未来超长寿命电池问世后或许会有新的电池管理系统跟着推出,两者之间相互配合进而达到专利描述的160万公里超长寿命,如果没有特斯拉的那一套电池管理系统,假设新电池授权给其它新能源车企使用也预计达不到160万公里寿命。

目前在电池领域,特斯拉已于最初同松下合作发展成松下、LG化工、宁德时代这三家电池供应商。新专利曝光看的出特斯拉是想结束在电池受制于人状态,打造电车重要三电系统均由自己生产控制局面。

除了自动驾驶技术和电池管理系统做到行业领先,相信在自研新能源汽车电池这个领域,特斯拉的新电池会比大家预计来的更快。特斯拉作为一家即造车又造火箭的综合性科技公司,埃隆马斯克的野心也比大家想象的要大。