特斯拉電池研究團(tuán)隊(duì)申請(qǐng)新專(zhuān)利 可幫助防止電池故障
這項(xiàng)專(zhuān)利是杰夫·達(dá)恩(Jeff Dahn)領(lǐng)導(dǎo)的特斯拉電池研究團(tuán)隊(duì)在哈利法克斯(Halifax)提交的。達(dá)恩被認(rèn)為是鋰離子電池領(lǐng)域的先驅(qū)。自從鋰離子電池被發(fā)明以來(lái)，達(dá)恩就一直致力于鋰離子電池的研究。他幫助提高了鋰離子電池的生命周期，這有助于其商業(yè)化。達(dá)恩的工作現(xiàn)在主要集中在提高電池能量密度和耐久性上。
2016年，根據(jù)新成立的“NSERC/特斯拉加拿大工業(yè)研究”(NSERC/Tesla Canada Industrial Research)，達(dá)恩所屬研究團(tuán)隊(duì)結(jié)束了與3M長(zhǎng)達(dá)20年的研究協(xié)議，轉(zhuǎn)而開(kāi)始與特斯拉合作。通過(guò)這項(xiàng)協(xié)議，特斯拉在新斯科舍省哈利法克斯附近的達(dá)恩集團(tuán)附近投資了一個(gè)新的研究實(shí)驗(yàn)室。
在過(guò)去的幾年里，達(dá)恩沒(méi)有太多消息流露出來(lái)，但之前曾有報(bào)道稱，他的團(tuán)隊(duì)一直在研究電解液添加劑，以提高鋰離子電池的化學(xué)性能。今年早些時(shí)候，該團(tuán)隊(duì)開(kāi)始為特斯拉申請(qǐng)電池技術(shù)專(zhuān)利，今天又公布了一項(xiàng)新的專(zhuān)利，也就是所謂的“鋰離子電池電解質(zhì)成分濃度測(cè)定方法與系統(tǒng)”。
達(dá)恩等人在專(zhuān)利申請(qǐng)摘要中描述了這項(xiàng)發(fā)明：
我們的技術(shù)提供了一種用于確定鋰離子電池或鋰離子電池中電解質(zhì)成分濃度的計(jì)算機(jī)實(shí)現(xiàn)方法。該方法包括向光譜儀發(fā)布指令，以捕獲電解質(zhì)樣品溶液的光譜并生成信號(hào)。該方法包括對(duì)信號(hào)進(jìn)行分析，以確定光譜的一個(gè)或多個(gè)頻譜特征。
所述方法包括制備與具有預(yù)先確定的電解質(zhì)成分濃度的溶液相對(duì)應(yīng)的光譜數(shù)據(jù)庫(kù)，其中該數(shù)據(jù)庫(kù)包括用于每個(gè)溶液多個(gè)光譜特征的光譜數(shù)據(jù)庫(kù)。該方法還包括使用光譜數(shù)據(jù)庫(kù)確定機(jī)器學(xué)習(xí)(ML)模型，同時(shí)包括使用機(jī)器學(xué)習(xí)模型測(cè)定樣品溶液中電解質(zhì)成分的濃度。
特斯拉描述了當(dāng)前電解質(zhì)的問(wèn)題以及如何分析它們的狀態(tài)：
鋰離子電池（特別是在高壓電池中）失效的一個(gè)主要原因是電解質(zhì)的降解，尤其是在充電電極的表面?，F(xiàn)有的解決電池失效和電解質(zhì)降解的方法主要集中在建立在電極表面的電解質(zhì)分解產(chǎn)物膜上。這些薄膜含有來(lái)自電解質(zhì)溶劑和電解質(zhì)鹽的化學(xué)成分，如六氟磷酸鋰(LiPF6)。
例如，LiPF6分解為L(zhǎng)iF和PF5，后者很容易水解成HF和PF3O。這兩種水解產(chǎn)物在電極上都有很高的活性，它們不可避免地存在于LiPF6溶液中，可能會(huì)對(duì)電極的性能產(chǎn)生不利影響。雖然鋰離子電池中電解質(zhì)溶劑和電解質(zhì)鹽LiPF6的消耗機(jī)理已經(jīng)確定，但并不存在一種廉價(jià)而準(zhǔn)確的方法來(lái)表征未知電解質(zhì)，從而確定電解質(zhì)的降解程度。
通常，電解質(zhì)溶液的定量分析側(cè)重于昂貴的分析工具，如核磁共振譜儀(NMR)、氣相色譜-質(zhì)譜(GC-MS)、高效液相色譜儀(HPLC)和電感耦合等離子體發(fā)射光譜儀(ICP-OES)，并且需要大量的時(shí)間來(lái)進(jìn)行分析。此外，有些分析工具甚至不能直接測(cè)量電解質(zhì)成分的濃度。例如，色譜方法中使用的柱或檢測(cè)器不能暴露在LiPF6的高溫分解產(chǎn)物中，因此這些方法只關(guān)注電解質(zhì)的有機(jī)部分。