特斯拉 - 特斯拉汽车续驶里程和电池衰减解析

以NMC442/Graphite软包电池为例，在40摄氏度、2.8-4.5V循环，电流为C/2.4，分别考察了EC+EMC溶剂体系和FEC+TFEC溶剂体系下的循环寿命，结果显示，FEC+TFEC溶剂体系下的循环寿命更好，其中，以2%PES+1%DTD in FEC:TFEC=1：1的电解液性能最好。

下图展示了三种NMC正极材料产生的气体情况，对比了NMC表面包覆对产气的影响：NMC442表面包覆材料是LaPO4、NMC532和NMC622表面包覆材料都是Al2O3。结果发现，是否对NMC表面进行包覆并没有对产气产生明显抑制作用，不管是否包覆，正极的产气问题总是比较严重。虽然表面包覆没能阻止产气，但是包覆却改善了pouch bag中的正极的界面，使得正极界面阻抗大幅下降。

从上面的分析可以看到，要想提高循环性能，最重要的是要预防NMC产气。下面进一步分析了不同NMC的产气情况。这里的NMC材料有：2种改进的NMC（improved NMC，可惜不知道这种NMC材料的具体信息），NMC532+Coating A；NMC532+Coating B；NMC662+Coating A；NMC662+Coating B。从产生的气体量来看，NMC662+Coating A产气最多，而2种improved NMC材料没有任何气体产生。TGA/MS分析进一步显示，improved NMC在4.5V、200摄氏度之前没有任何气体产生。因此，采用这种improved NMC应该可以在在较高充电电压下得到很好的循环性能。

下图就是采用improved NMC得到的循环性能。还是采用前面所说的220mAh-240mAh的小容量软包电池做的测试，电压范围3.0-4.4V，温度40摄氏度，电流0.4C，正极材料分别对比了NMC442和improved NMC。当采用NMC442时，不含EC的电解液得到的性能要优于EC+EMC+PES221，但是相比improved NMC要差很多。对improved NMC，以PES211为添加剂的FEC+TFEC电解液体系得到了最好的循环性能，1200次循环衰减仅为5%。

上面就是Jeff Dahn在研讨会上所作的演讲内容概述，研究了NMC产气对循环性能影响，以及电解液体系、添加剂和NMC种类不同对循环性能的影响，最后找到了一种improved NMC材料，消除了产气问题，提高了电池循环性能。结合开头的新闻报道，1200次循环保持95%的容量似乎就出自这个研讨会上的学术研究成果。这个猜想在electrek的报道中得到了证实。Electrek评论说，电池包1200次循环大致相当于48万km。虽然无法知道1200次循环如何能换算出48万公里，但是这个评论里面隐含了非常理想化的假设前提：即实验室的小电池性能能够完美的在量产动力电池系统上复制。实际上，从事电池研究的人都知道，这个难度是极大的，用一个220mAh-240mAh的实验电池数据去等效说明48万公里后电池包容量衰减程度是极其不合理的。

下图是国外Dutch-Belgium Tesla论坛的Model S 车主们根据收集的数据作的一个统计，Y轴表示经过若干次循环之后，车子充满电还能跑多远，考虑到续驶里程的衰减是直接与电池包能量相关的，因此续驶里程的衰减也反映出电池的衰减。X轴是通过一些平均值近似和假设后换算得到的循环次数。从红色趋势线来看，500次循环之后，续驶里程衰减7-8%左右，800次后，续驶里程衰减约11%。相比于1200次循环电池包容量衰减5%，似乎这个Model S的统计数据要更接地气一点。