特斯拉成功申請(qǐng)4000次充放電和160萬公里電池專利

　　據(jù)外媒報(bào)道特斯拉CEO埃隆·馬斯克希望將電動(dòng)汽車電池的使用壽命延長(zhǎng)到160萬公里，該公司提交的新專利也證實(shí)特斯拉正在加速實(shí)現(xiàn)這個(gè)目標(biāo)。該項(xiàng)新專利描述了新的電池鋰化制造過程中采用的鎳鈷鋁(NCA)電極合成方法與工藝，新工藝能夠極大提升電池壽命，同時(shí)還能降低電池制造成本。

　　目前，特斯拉一直就該項(xiàng)新技術(shù)申請(qǐng)美國(guó)專利和國(guó)際專利。據(jù)最新消息，特斯拉公司已經(jīng)通過加拿大特斯拉分公司就該電池技術(shù)申請(qǐng)通過了國(guó)際專利。

　　特斯拉研發(fā)超長(zhǎng)壽命電池不是秘密

　　這次特斯拉電池新專利的曝光，從去年就有信息透露特斯拉正在研發(fā)超長(zhǎng)使用壽命電池。

　　2019年，特斯拉的電池研究方向合作商JeffDahn發(fā)表了一篇關(guān)于電池的新論文，論文中提到正在與特斯拉合作開發(fā)的電池使用里程超過160萬公里，新電池在零下40度的極端溫度下能持續(xù)進(jìn)行4000次充放電循環(huán)。

　　同樣是在2019年，特斯拉在電池領(lǐng)域動(dòng)作頻頻，宣布2.18億美元以溢價(jià)55%收購(gòu)Maxwell電池公司、自建電池秘密研究中心和高校合作研究新電池技術(shù)等。

　　此次，特斯拉提交的新專利名為“鎳鈷鋁(NCA)電極合成方法”，描述了電池生產(chǎn)當(dāng)中新的高效新電極合成方法，被稱為鎳鈷鋁電極加熱工藝。

　　以前的加熱方法有時(shí)會(huì)導(dǎo)致名為鋰基板（L15AIO4）的雜質(zhì)形成，而降低電池中的鋰含量，雖然可以減少污染，但也會(huì)導(dǎo)致電化學(xué)性能較差。

　　對(duì)于這種現(xiàn)象新專利中也所提到，電池將被加熱到足以使單晶生長(zhǎng)的溫度。修正后的鋰與其他金屬的比例將限制第一次加熱過程中雜質(zhì)的形成。鋰將在低于第一個(gè)加熱周期的溫度下進(jìn)行第二次加熱。

　　參與該專利的研究人員指出，這一過程有助于開發(fā)無雜質(zhì)的單晶NCA，使電池可以達(dá)到4000多次充放電循環(huán)，進(jìn)而使電池使用壽命高達(dá)160萬公里。

　　現(xiàn)階段，特斯拉車型所使用的電池壽命遠(yuǎn)遠(yuǎn)達(dá)不到160萬公里，其實(shí)車輛設(shè)計(jì)之初就已經(jīng)考慮到160萬公里使用目標(biāo)，目前車身結(jié)構(gòu)、電驅(qū)系統(tǒng)以及電子系統(tǒng)壽命都可以做到，但電池?zé)o疑是短板。當(dāng)前特斯拉動(dòng)力電池壽命只有50萬公里左右。

　　屆時(shí)特斯拉的160萬公里使用壽命電池問世，對(duì)車用電池行業(yè)絕對(duì)是一次革命式創(chuàng)新，絕對(duì)是非常偉大成就。

　　目前許多車型上三元鋰電池充放次數(shù)大概在1000次左右，最耐用的磷酸鐵鋰電池也僅在2000次左右充放次數(shù)，未來充放次數(shù)可以達(dá)到4000多次的特斯拉新電池問世后毫無疑問具有壓倒性優(yōu)勢(shì)。

　　不過這個(gè)新款電池搭載到了特斯拉各個(gè)車型上，也不代表這輛車就能開到160萬公里，因?yàn)槠囀褂脡勖Q于很多因素，同整車的零部件質(zhì)量，制造和車輛工藝都有很大關(guān)系。

　　內(nèi)燃機(jī)汽車從誕生到使用已經(jīng)100多年，生活中行駛里程在100萬公里以上的也并不多見。

　　內(nèi)燃機(jī)技術(shù)目前已經(jīng)非常成熟，生產(chǎn)成本也比較低，可維修性很強(qiáng)。電動(dòng)車電池一旦出現(xiàn)問題需要更換，成本不僅昂貴且維修難度也非常大，開發(fā)長(zhǎng)續(xù)航電池是急需解決的問題，而研發(fā)超長(zhǎng)使用壽命電池也是大的行業(yè)趨勢(shì)。

　　我國(guó)新能源汽車兩種主流電池

　　目前，我國(guó)新能源汽車領(lǐng)域使用最多的是磷酸鐵鋰電池和三元鋰電池這兩種類型電池。

　　酸磷鐵鋰電池，是用酸磷鐵鋰作為正極材料的鋰離子電池。（鋰離子電池的正極材料主要有鈷酸鋰、錳酸鋰、鎳酸鋰、三元材料和磷酸鐵鋰等）。

　　優(yōu)勢(shì)：

　　造價(jià)低、便宜

　　安全穩(wěn)定：耐高溫、不易燃。

　　穩(wěn)定性是目前車用車用電池中最好的，前文提到過2000次左右充放次數(shù)也是目前電池種類中最高的。

　　劣勢(shì)：

　　能量密度較三元鋰電池、鈷酸鋰電池仍有不小的差距。

　　體積大、較重，裝車時(shí)會(huì)占用車內(nèi)大量空間，并迫使整車重量的增加。

　　溫度過低的情況下，會(huì)嚴(yán)重影響使用壽命，磷酸鐵鋰電池應(yīng)用的車型，不適合我國(guó)北方寒冷地區(qū)使用。

　　三元鋰電池，是指正極材料為鋰鎳鈷錳三元正極材料的鋰電池。

　　優(yōu)勢(shì)：

　　體積小，能量密度高，存電能力強(qiáng)（高端電車首選電池方案）

　　能較好適應(yīng)寒冷天氣，低溫時(shí)充放電，電池更加穩(wěn)定。

　　劣勢(shì)：

　　循環(huán)使用壽命低，對(duì)車輛使用是一種成本提升。

　　成本較高（雖然經(jīng)過這兩年提升三元鋰電池規(guī)模，制造成本已經(jīng)大幅下降，對(duì)售價(jià)低車型仍然屬于售價(jià)偏高）。

　　穩(wěn)定性差，三元鋰電能量密度比高，安全穩(wěn)定性必然比酸磷鐵鋰電池低（并且三元鋰材料的化學(xué)反應(yīng)尤其強(qiáng)烈，50-300℃高溫就會(huì)產(chǎn)生分解，一旦釋放氧分子，在高溫作用下電解液迅速燃燒，隨即發(fā)生爆燃現(xiàn)象）。

　　石墨烯電池近幾年被吵的火熱，在實(shí)驗(yàn)中，石墨烯電池可把數(shù)小時(shí)的充電時(shí)間壓縮至不到一分鐘。在鋰電池內(nèi)添加石墨烯，可以幫助鋰電池降低產(chǎn)能時(shí)的熱量，最大限度上減少能量損失，避免了大量能量被浪費(fèi)，減少了熱量對(duì)電池的損害，提高了電池的使用壽命。

　　石墨烯電池又稱“純金”打造的電池，在鋰電池內(nèi)添加石墨烯，生產(chǎn)成本太過昂貴，大約2000元左右/克，根本無法大規(guī)模應(yīng)用，石墨烯電池現(xiàn)階段僅用于航空航天這些不計(jì)成本行業(yè)。

　　目前新能源汽車石墨烯電池仍處于實(shí)驗(yàn)階段，還沒有一款量產(chǎn)車型搭載。

　　當(dāng)下磷酸鐵鋰電池在電動(dòng)車行業(yè)已經(jīng)使用非常廣泛，除開小型新能源汽車，像電動(dòng)公交車和其他重型車輛都在使用磷酸鐵鋰電池。

　　三元鋰電池這些年在國(guó)內(nèi)迅速發(fā)展離不開國(guó)內(nèi)前幾年新能源補(bǔ)貼政策，這幾年來國(guó)家在補(bǔ)貼上偏向長(zhǎng)續(xù)航里程、電池系統(tǒng)能量密度高的車型，因此許多車企的產(chǎn)品都在向著三元鋰電池靠攏。

　　但當(dāng)補(bǔ)貼退坡之后，很多低價(jià)和主打高性價(jià)比的車型就不得不重新考慮使用成本更低的磷酸鐵鋰電池。

　　特斯拉為什么要開發(fā)超長(zhǎng)壽命電池？

　　目前特斯拉使用單節(jié)18650以及最新21700電池，這兩種類型電池壽命現(xiàn)今遠(yuǎn)遠(yuǎn)達(dá)不到特斯拉新專利當(dāng)中提到的160萬公里使用壽命。

　　2017年1月4日，特斯拉宣布與松下聯(lián)合研發(fā)的新型21700電池開始量產(chǎn)。

　　在21700電池使用后，特斯拉官方也稱21700電池比18650電池能量密度提升20%，系統(tǒng)成本預(yù)計(jì)下降9％左右，重量也下降10％左右，目前特斯拉Model3所使用的電池，由松下和LG化工這兩家公司生產(chǎn)提供。但是不管是18650電池還是21700電池，都屬于三元鋰離子電池。

　　2017年，易到用車被拍賣的12輛特斯拉營(yíng)運(yùn)車隊(duì)中，法院對(duì)車輛殘值采用電池的實(shí)際存儲(chǔ)容量進(jìn)行估算。

　　這12輛特斯拉modelS平均行駛里程16萬公里，原始續(xù)航力550公里，平均電池循環(huán)290多次，經(jīng)過估算后平均續(xù)航力僅剩361公里。安裝百分比來算這些車輛16萬公里后衰減了34.36%，相當(dāng)于電池已接近報(bào)廢標(biāo)準(zhǔn)，與其特斯拉官宣的5%相差甚遠(yuǎn)。這在當(dāng)時(shí)一定程度上影響到消費(fèi)者對(duì)特斯拉電池的信心，也嚴(yán)重影響后來特斯拉車型在二手市場(chǎng)保值率。

　　電池衰減問題一直困擾著所有新能源車企，就算業(yè)界最優(yōu)秀的特斯拉同樣如此，在使用三元鋰電池后，特斯拉經(jīng)過3000次測(cè)試也只能保持70%的電量，開發(fā)超長(zhǎng)壽命也是極其緊迫事情。

　　160萬公里超長(zhǎng)壽命電池離不開的電池管理系統(tǒng)

　　未來特斯拉新專利當(dāng)中描述的160萬公里電池問世后，我們也不要忽視另一個(gè)核心。電池是電動(dòng)汽車核心，而電池的核心在電池管理系統(tǒng)（BMS）。

　　包括特斯拉在內(nèi)，國(guó)內(nèi)外許多新能源汽車企業(yè)都將電池管理系統(tǒng)作為企業(yè)核心的技術(shù)來看待。

　　電池管理系統(tǒng)對(duì)于電動(dòng)汽車來說是最重要系統(tǒng)之一,關(guān)乎電池的安全,是用來連接車載動(dòng)力電池和電動(dòng)汽車的重要紐帶。

　　其主要功能包括：電池狀態(tài)預(yù)估、電池物理參數(shù)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)、在線安全報(bào)警和預(yù)警、充放電控制、熱管理等。

　　在特斯拉電動(dòng)汽車“三大件”中，電池、電機(jī)和其它部件都采用外部采購(gòu)，只有電池管理系統(tǒng)特斯拉一直堅(jiān)持自主研發(fā)。

　　特斯拉所申請(qǐng)的核心知識(shí)產(chǎn)權(quán)大都與電池管理系統(tǒng)息息相關(guān)，可見電池管理系統(tǒng)對(duì)于新能源汽車的重要性。

　　簡(jiǎn)單理解，iPhone手機(jī)在各項(xiàng)配置可能不如同價(jià)位品牌手機(jī)高，但通過ios系統(tǒng)監(jiān)控，使得每個(gè)零件之間相互配合，讓整部手機(jī)在流暢度、耗電量以及啟動(dòng)速度各方都處于最理想狀態(tài)。

　　通過預(yù)測(cè)，未來超長(zhǎng)壽命電池問世后或許會(huì)有新的電池管理系統(tǒng)跟著推出，兩者之間相互配合進(jìn)而達(dá)到專利描述的160萬公里超長(zhǎng)壽命，如果沒有特斯拉的那一套電池管理系統(tǒng)，假設(shè)新電池授權(quán)給其它新能源車企使用也預(yù)計(jì)達(dá)不到160萬公里壽命。

　　總結(jié)

　　目前在電池領(lǐng)域，特斯拉已于最初同松下合作發(fā)展成松下、LG化工、寧德時(shí)代這三家電池供應(yīng)商。新專利曝光看的出特斯拉是想結(jié)束在電池受制于人狀態(tài)，打造電車重要三電系統(tǒng)均由自己生產(chǎn)控制局面。

　　除了自動(dòng)駕駛技術(shù)和電池管理系統(tǒng)做到行業(yè)領(lǐng)先，相信在自研新能源汽車電池這個(gè)領(lǐng)域，特斯拉的新電池會(huì)比大家預(yù)計(jì)來的更快。特斯拉作為一家即造車又造火箭的綜合性科技公司，埃隆·馬斯克的野心也比大家想象的要大。