来自亚欧区的Model S P85车主提供了一份里程表读数最大的数据,为235k英里,时间是从2013年9月10日到2017年3月23日,充满电后的里程为366.68kmile,对应电池能量71.029kWh。大约3.5年时间左右,充电后的续驶里程衰减大约为8.3%,电池能量衰减16.4%(按照85kWh计算),按照77.5kWh计算能量衰减为8.3%。
从这面这些数据可以发现充满电之后的续驶里程衰减量并没有与宣称的电池能量(label nominal energy)衰减量一致,而是与之前Jason Hughes破解BMS发现的受软件限制的电池能量(BMS_ restrained energy)衰减量保持一致的。
表2 每天充电深度对续驶里程的影响
表2是统计的269位Model S用户每天采用的不同充电深度(充满50%-100%)对续驶里程的影响。大多数用户选择了充电充到80%或90%,对应充电后的续驶里程数据将近50% 左右分布在图2趋势线之上,说明80%或90% 的充电深度对续驶里程的衰减影响并不大。相似的结果也同样在使用超级充电桩的频率上显示出来(表3)使用超级充电桩充电对续驶里程衰减没有明显的影响。
表3 使用超级充电桩对续驶里程衰减的影响
上周,一则“特斯拉放大招Model 3行驶48万公里电池组容量仅衰减5%”的新闻被很多人关注,报道了Dalhousie大学的Jeff Dahn教授在3月22日国际电池研讨会上公布的跟特斯拉合作的电池成果,主要是抑制NMC电池在高电压下的有害气体,结果是单体电池循环1200次后还能保持优秀性能,如果把电池单体制成电池组,1200次循环等同于车辆行驶大约30万英里(约48万公里),这意味着以每年行驶2万公里计算,特斯拉车主在连续开24年后电池容量仍然可以达到出厂容量的95%。
更关键的是,Dahn在现场表示,新技术已经实现了商业化,在特斯拉的产品中得到应用。Dahn口中的产品不出意外应该就是今年年初量产的特斯拉松下2170电池了,该电池会首先应用到7月量产的特斯拉Model 3上。虽然一看这个新闻报道的数据就有夸张地成分在里面,暂且不管它,这里来看一下电池老前辈Jeff Dahn在研讨会上到底讲了什么。
对于NMC三元材料,提高工作电压是得到高能量密度的重要方法。但是,工作电压提高之后,电解液会与正极材料发生副反应。Jeff Dahn的这个presentation是在今年3月22日在国际电池研讨会上发表的,题为“Surprising Chemistry in Li-ion Cells”,主要是通过小容量软包电池的实验,分析了电解液和正极材料的副反应产气对电池寿命的影响、以及如何抑制产气的问题。
实验使用软包电池容量很小,在220-240mAh之间,分别由Umicore和中国的LiFun Technology提供未注液的电池,Jeff Dahn课题组可以在电池里加入所需电解液,电解液大约0.9g。常见的用于高电压(4.5V)正极材料的电解液溶剂组合包括EC+EMC、SL+EMC、FEC+TFEC;而添加剂是高电压正极材料不可或缺的重要组分,比如VC、PES、MMDS、TTSPi、DTD等(下图是示例)。
下图以1M LiPF6 EC:EMC 3:7作为电解液,然后加入含量为2%的不同添加剂(VC、PES、PES+MMDS+TTSPi),软包电池为NMC442/graphite,充放电电流0.1C,放电截止电压2.8V,充电截止电压分别为4.2V、4.3V、4.4V、4.5V、4.6V、4.7V。可以看到,充电截止电压提高后,电池容量虽然提高了,但是循环性能却下降很快。阻抗图谱显示,2%VC为添加剂时,充电截止电压从4.4V开始,对应电池阻抗就快速增加;2%PES为添加剂时,充电截止电压从4.5V开始,对应电池阻抗就快速增加;2%PES+MMDS+TTSPi为添加剂时,充电截止电压从4.6V开始,对应电池阻抗就快速增加。阻抗的增加造成了电池容量的快速衰减。
为了弄清楚造成阻抗增加的来源,首先作了下列研究
a) 充电态正极电极和电解液之间的产气
b) 充电态负极电极和电解液之间的产气
c) 充电态软包电池(包括正/负极、电解液)的产气
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