技术分析！特斯拉如何提高动力电池的功率

近日，特斯拉的kWh车型已通过欧盟认证机构RDW的评估。

这意味着Model S/X D车型即将发布！其理论续航里程将达到公里（基于NEDC标准）。

根据欧盟规定，所有在欧盟成员国销售的车型都必须经过其授权机构的认证。

RDW 是一家受特斯拉委托的荷兰公司。

通过其认证后，即可获得在欧盟销售的许可证。

在这篇文章中，我们来探讨一下这个kWh是如何实现的？ 埃隆·马斯克曾表示，特斯拉的电池寿命（电量）将以每年5%的速度增长。

从目前电池组的迭代来看，这个目标已经基本实现。

除了60kWh作为入门级配置外，70kWh和85kWh分别升级为75kWh和90kWh。

很快，kWh和kWh电池组也将被纳入选项列表中。

目前，60kWh仍然作为乞丐版配置存在，以拉动特斯拉的销量。

真实的故事是70kWh和85kWh各增加5kWh的电力。

有一点是确定的，那就是电池组的结构不会随着电池组容量的增加而改变。

内部电池模块（Battery Module）的数量没有变化。

我们先简单了解一下特斯拉电池组的内部结构。

60kWh内部有14个电池组，每个电池组包含1个电芯，总共1个电芯； 85kWh由16个电池组组成，每个电池组包含1个电芯，总共1个电芯。

后来添加的70kWh实际上是经过软件限制的75kWh电池组。

额外的 5kWh 最初作为价值 1 美元的选项包提供给业主。

只要通过OTA软件更新，70D就可以变成75D。

那么问题来了，75kWh的电池组从哪里来呢？对于这个问题，特斯拉官方没有提供技术解释。

根据笔者的判断，75kWh的电池组实际上是85kWh的电池组，减去2个电池组。

在85kWh的电池中，每个电池组的容量为5.3kWh，14个这样的电池组为74.2kWh。

这是70kWh、75kWh、85kWh之间的关系。

至于60kWh，这只是为了降低进入门槛而设置的配置。

那么，90kWh从哪里来呢？从85kWh到90kWh，增加了5kWh。

有额外的电池组吗？在85kWh的电池组结构中，不再可以堆叠电池组。

唯一的可能性是更换新电池。

当然，它仍然采用0型号电芯，但化学材料进行了调整，提高了能量密度。

在此过程中，特斯拉在电池芯的石墨阳极中添加了少量的硅，从而提高了电池芯的能量密度。

在阳极添加硅是电池领域公认的提高能量密度的方法。

为了避免电池组连续堆叠而导致电池组质量过大，特斯拉只能重点发展高能量密度电池芯。

然而，对于三元锂离子电池来说，通过硅来提高能量密度远非简单。

基本原理是：在石墨负极中添加硅后，由于硅原子的结构比石墨能容纳更多的锂离子，因此负极吸收锂离子的能力增强。

在一次充放电循环中，阳极中的锂离子越多，能量密度就越大。

但硅完全吸收锂离子后，其体积会膨胀7%，远大于石墨吸收锂离子后7%的膨胀率。

这种反复的体积变化会导致固体电极变得“软”并且容易散开。

结果，电池的循环寿命将会降低。

另一个因素是硅负极在充放电过程中的膨胀/拉伸特性会破坏锂电池电解液SEI膜的形成。

该膜在锂电池第一次循环过程中形成，对负极材料具有保护作用，防止材料结构塌陷。

由于上述原因，虽然采用硅材料作为负极可以显着提高能量密度，但同时也伴随着副作用，最终会导致电池寿命缩短。

因此，特斯拉的计划是逐步在石墨阳极中添加少量硅，以在能量密度和循环寿命之间找到平衡。

众所周知，特斯拉使用的0号电池是松下生产的。

随着双方合作的深入，特斯拉也在研发新型圆柱电池。

Model 3正式投产后，新的0号电池将取代0号，成为新的电芯。

0 电池仍为三元锂电池，正极材料为镍钴铝酸锂（NCA）。

这种圆柱三元电池是目前能量密度最高的动力电池方案。

与方形电池相比，此类电池虽然能量密度较高，但稳定性较差，需要更好的BMS（电池管理系统）的支持。

特斯拉最早的Roadster使用的是松下的NCR0A电池，额定电压为3.6V，容量为3.1Ah。

之前的85kWh电池组采用NCR0B型电池，额定电压3.6V，容量3.1Ah。

90kWh电池型号未知，但应该不是松下直接提供的成品，而是特斯拉与松下联合开发的专门为特斯拉车型定制的电芯。

目前，松下生产的0电池中，NCR0G型号容量最高，达到3.6Ah。

按照这个计算，85kWh电池组中的电芯如果换成G型电池，正好是90kWh。

因此，90kWh电池组中，电芯有可能是NCR0G型； 85kWh电池组中，电芯为NCR0B型。

总之，在电芯数量不变（电池组结构不变）的情况下，只有将单电芯容量提高到3.6Ah，才能保证90kWh的功率。

要达到kWh，有两种选择：一是再堆叠两个电池组，根据每个电池组的容量5.3kWh，即可获得kWh；二是更换能量密度更高的电芯。

笔者认为后者是最好也是最有可能的解决方案。

因为90kWh是基于85kWh的电池组结构。

这种结构已经在0电池规格下定型，改变其设计结构的成本非常高。

事实上，电池组内没有空间可以堆叠更多的电池组。

如果增加电池组，不仅电池组的质量会增加，而且电池组的冷却循环系统也需要改造。

因此，增加电池容量是最经济可行的解决方案。

试想一下，在kWh的电池组中，在不改变电池组结构的情况下，单电芯的容量必须提高到3.9Ah才能达到kWh的容量。

因此，笔者猜测特斯拉与松下合作开发了3.9Ah 0电池芯。

这一功劳只能归功于阳极中的硅。