Dahn 被認(rèn)為是鋰離子電池的先驅(qū)。自鋰離子電池誕生以來,他就一直在從事這方面的研究,在延長(zhǎng)電池生命周期等方面頗有建樹,這對(duì)于電池的商業(yè)化非常重要。
Dahn 現(xiàn)在的工作主要集中在提高電池能量密度、耐久性以及降低成本等方面,他所在的團(tuán)隊(duì)已經(jīng)為特斯拉貢獻(xiàn)了相當(dāng)多的電池專利和論文。2019 年,他的團(tuán)隊(duì)曾發(fā)表論文稱,新電池屬于具有下一代「單晶」NMC 陰極和新型先進(jìn)電解質(zhì)的鋰離子電池,基于廣泛的測(cè)試,他們認(rèn)為新電池可以為電動(dòng)汽車提供「超過 160 萬公里(100 萬英里)」的續(xù)航。
2021 年,特斯拉與該團(tuán)隊(duì)續(xù)約五年,還增加了兩位新 leader,由 Dahn 來領(lǐng)導(dǎo)。
最近,身為兩位 leader 之一的 Michael Metzger 與 Dahn 和其他幾位博士一起,在美國材料期刊 JOURNAL OF THE ELECTROCHEMICAL SOCIETY 上發(fā)表了一篇名為《Li[Ni0.5Mn0.3Co0.2]O2 as a Superior Alternative to LiFePO4 for Long-Lived Low Voltage Li-Ion Cells》的新論文。
這篇論文主要描述了傳統(tǒng)鎳錳鈷電池(NMC532)的一種變體。與類似電池的不同點(diǎn)在于,它被優(yōu)化為在 3.8V 的電壓下工作,而其他 NMC 電池使用 4.2 伏或更高的電壓。較低的電壓大大延長(zhǎng)了電池的壽命,這使得 Dahn 和他的團(tuán)隊(duì)提出,這種電池可能有 100 年的使用壽命。這讓 NMC532 電池在壽命上可以與磷酸鐵鋰電池(LPF)競(jìng)爭(zhēng),同時(shí)還保留了自身受歡迎的其他特性,比如更高的能量密度,這使得電動(dòng)汽車可以用更少的電池行駛更長(zhǎng)的距離。
該團(tuán)隊(duì)在論文的摘要部分寫道:
所含石墨只夠在 3.8v 工作的單晶 Li[Ni0.5Mn0.3Co0.2]O2//graphite (NMC532) 軟包電池循環(huán)充電至 3.65 V 或 3.80 V,以便基于相似的最大充電電位和負(fù)極利用率與 LiFePO4//graphite (LFP) 軟包電池展開比較。當(dāng) NMC532 電池僅由足以充電至 3.80 V 的石墨構(gòu)成時(shí),在 40°C、55°C 和 70°C 下,其能量密度超過 LFP 電池,而且循環(huán)壽命大大超過 LFP 電池。含有雙氟磺酰亞胺鋰(LiFSI)鹽的電解質(zhì)在高溫下表現(xiàn)出優(yōu)異的壽命,遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過傳統(tǒng) LiPF6 電解質(zhì)。
在高次數(shù)的循環(huán)中,該電池的容量保持能力令人印象深刻:
研究小組甚至指出,如果溫度控制在 25°C,論文中描述的電池可以使用 100 年:
超高精度庫侖分析法和電化學(xué)阻抗譜用于補(bǔ)充循環(huán)結(jié)果,并研究 NMC 電池性能提高的原因。與 LFP 電池相比,NMC 電池,特別是那些平衡并充電至 3.8 V 的電池,表現(xiàn)出更好的庫侖效率、更少的容量衰減和更高的能量密度,并且預(yù)計(jì)在 25℃下的壽命可以接近一個(gè)世紀(jì)。
其中的一個(gè)關(guān)鍵似乎是使用 LiFSI 鋰鹽電解質(zhì)。
那么特斯拉什么時(shí)候會(huì)把這種電池投入量產(chǎn)車呢?可能永遠(yuǎn)不會(huì)。研究人員表示,他們的新電池比 LFP 電池成本更高,而且可能不具備電動(dòng)汽車所需的動(dòng)力特性。但是它們可能非常適合長(zhǎng)期儲(chǔ)存能量。如果是這樣的話,最初較高的成本將被大大延長(zhǎng)的使用壽命所抵消。當(dāng)然,缺點(diǎn)是新電池繼續(xù)使用鎳和鈷等越來越貴的原材料,而且鈷礦開采存在一些社會(huì)爭(zhēng)議。
不過,該論文指出,他們所發(fā)現(xiàn)的收益也可以應(yīng)用于那些無鈷或低鈷的化學(xué)物質(zhì)。