Plug-in America经过问卷调查的方式搜集了来自世界各地Model S车主的数据，这些数据可以在必定程度上用于剖析Model S电池的衰减问题。这些数据都是搜集自不同区域不同车主的车辆外表显现数据。
图1是依据搜集的数据得到的Model S的额外续驶路程rated range和路程表odometer读数的联系曲线。图中，Y轴rated range数据是直接从车上外表读到的：将车子彻底充溢电之后，车子会显现一个rated range数值，表明充溢电之后车子可以行使的路程数，这在美国和加拿大常用EPA路程来表明（在其他国家或许选用NEDC表明）。这儿也没有丈量实践电池可以放出的容量，而是在完结充电后，用外表显现的rated range来等效电池容量进行剖析（因为假如外表上显现的rated range下降，阐明电池也有衰减了）。X轴是车子的路程表odometer显现的数值，使车辆累积的总路程数。图中的不同色彩表明不同Model S的车型，相同车型因为装备不同、驾驭路况/习气等不同，即便在相同电池包容量下，range也会不相同。例如，图中装备85kWh电池的车型就有85、85P、P85D三种，对应range也不相同（有些在BMS里边经过软件来约束电池可用能量）。图中的散点是搜集的不同Model S车辆不同年份的上述两个数据（rated range vs. odometer），实线是条趋势线。需求留意的是：这些数据中的电池包有些是半途现已替换过电池包或其他零部件的。别的这些数据点只反映了路程数据，并没有反响出运用时刻。
图1 Model S续驶路程和路程表读数
这儿咱们看一下图中路程表数值显现最大的一辆车（vehicle ID 291#），其odometer路程数为161591mile，换算成公里数为~26万公里，这现已超过了一般轿车要求的10year/150k mile的寿数要求。这儿咱们看一下实践这辆车子是什么状况：车主来自德国米内尔斯塔特Münnerstadt，车型是2013 Model Year Model S Signature 85 Performance（P85D）。截止到2016年的路程表读数~26万公里（161591英里，三年开这么多公里数，车主是个重度轿车运用者了），70%是highway，30%是freeway，rated range为245miles，三年期间可行使路程衰减大约为~3%（以253mile作为P85D的基准数据）。可是需求留意的是，该车在三年内换过一次电池包、一次车载充电机、四次传动装置drive unit，该车的质量不太好。
另一辆vehicle ID为130#的2012 Model Year的Model S Signature 85 Performance，该车没有替换过零部件，截止到2015年7月，3年多时刻内，路程表读数为2.0902万英里，大约3.34万公里，65%为highway，45%为freeway，该车的rated range没有看到衰减。
下面咱们看一下另一个相同2013 Model Year的Model S Signature 85 Performance车子（vehicle ID 249#），到2017年3月28日，路程表显现14.2775万英里，大约22.8万公里（其间85%是highway，15%是freeway），4年时刻内rated range大约衰减~6%。其间，电池包没有替换过，可是drive unit替换过四次。
可是也有一些车主的数据显现较大的衰减。例如，vehicle ID为339#的2013 Model Year Model S Signature 85 Performance车子，截止到2015年7月，路程表读数为3.492万英里，约5.6万公里，rated range为228mile，highway路程占有10%，freeway路程占有了90%，其间没有替换过零部件，两年时刻内续驶路程衰减约为~10%。另一个Vehicle ID为505#的2014 Model Year， 截止到2016年7月的rated range为202mile，highway占有25%，freeway占有75%，其间还替换过一次充电机和一次drive unit，两年时刻左右rated range衰减约20%，这个衰减是比较严重的。
图2 Model S充电后的续驶路程数和总路程数联系
国外Dutch-Belgium Tesla论坛的Tesla车主们也作了类似的Model S数据搜集（图2）。这儿的Y轴是Remaining Range，X轴是Mileage。与Plug-in America的数据比较，尽管X/Y轴称号不相同，可是两者所表明的意义是相同的。这儿X轴的Mileage也是车辆路程表读数（Plug-in America用odometer表明），Y轴remaining range也是在充溢电之后显现预估行进路程（Plug-in America用rated range表明）。假如只是看核算的趋势曲线，好像可以看到Model S的续驶路程衰减很小的，累计行进6万公里后，续驶路程衰减仅为5%， 10万公里衰减6%左右，20万公里衰减8%左右。这儿咱们只能看到续驶路程的改变数据，并看不到电池实践能量的改变以及这些参数对应的时刻。下面咱们详细看几组其它数据（表1），可以看到图2背面的其他一些信息。
表1 US和Asia Pacific/Europe Model S用户数据
例如，在US区域搜集到数据中，截止目前为止，ID 124#的车主供给的路程表读数最大，为11.14万英里，大约17.8万公里，时刻为2014年3月-2017年3月，整3年时刻，车型为Model S 85。截止2017年3月，该车充溢电之后的rated range为251.14mile，对应72.345kWh，跟新车比较，三年时刻续驶路程衰减6.6%%，可是电池能量衰减大约15%（假定85kWh为基准）。之前Jason Hughes从Tesla的BMS破解中发现，85/P85/85D/P85D（http://www.d1ev.com/50258.html）车型的电池实践总能量为81.5kWh，BMS将能量约束在77.5kWh，假如这事实的话，那依照81.5kWh核算，能量衰减约为11%，依照77.5kWh核算，能量衰减为6.6%
ID 5#的车主供给的数据是2015年5月28日，该车是2015年5月7日出产的Model S P85D，是许多数据样本中时刻最短的。在21天的时刻内，该车的路程表读数添加到1061mile，5月28日充溢电之后显现的路程数为253mile，对应电池能量读数76.593kWh，在21地利刻内，续驶路程大约衰减1.2%，电池能量衰减~10%，以81.5kWh核算为6%，依照77.5kWh核算能量衰减为1%。
ID 128#的车主供给了Model S P85截止2017年4月14日的数据，路程表读数6.6万mile，充溢电之后的行进路程为247.09mile，对应显现得电池能量为71.192kWh。该车出产时刻是2012年12月31日，在4.5-5年的时刻内，该车可行进路程衰减~8%，电池能量衰减大约16.2%，以81.5kWh核算为12.6%，以77.5kWh核算能量衰减为~8%
ID 51#的车主供给的是Model S 60截止到2015年10月的数据，路程表读数1.6217万mile，充溢电后路程为176.2mile，对应电池能量49.555kWh，该车出产时刻是2014年6月，在1年多时刻内，行进路程衰减~15%，依照60kWh核算，能量衰减17.4%，依照Jason Hughes破解发现的Model S 60 电池实践容量为61kWh核算的话，1年多能量衰减为19%，假如依照BMS约束的电池能量58.5kWh核算的话，1年多能量衰减为15%。
来自亚欧区的Model S P85车主供给了一份路程表读数最大的数据，为235k英里，时刻是从2013年9月10日到2017年3月23日，充溢电后的路程为366.68kmile，对应电池能量71.029kWh。大约3.5年时刻左右，充电后的续驶路程衰减大约为8.3%，电池能量衰减16.4%（依照85kWh核算），依照77.5kWh核算能量衰减为8.3%。
从这面这些数据可以发现：充溢电之后的续驶路程衰减量并没有与声称的电池能量（label nominal energy）衰减量共同，而是与之前Jason Hughes破解BMS发现的受软件约束的电池能量（BMS_ restrained energy）衰减量坚持共同的。
表2 每天充电深度对续驶路程的影响
表2是核算的269位Model S用户每天选用的不同充电深度（充溢50%-100%）对续驶路程的影响。大多数用户挑选了充电充到80%或90%，对应充电后的续驶路程数据将近50% 左右散布在图2趋势线之上，阐明80%或90% 的充电深度对续驶路程的衰减影响并不大。类似的效果也相同在运用超级充电桩的频率上显现出来（表3）：运用超级充电桩充电对续驶路程衰减没有显着的影响。
表3 运用超级充电桩对续驶路程衰减的影响
上星期，一则“特斯拉放大招：Model 3行进48万公里电池组容量仅衰减5%”的新闻被许多人重视，报导了Dalhousie大学的Jeff Dahn教授在3月22日世界电池研讨会上发布的跟特斯拉协作的电池效果，主要是按捺NMC电池在高电压下的有害气体，效果是单体电池循环1200次后还能坚持优异功能，假如把电池单体制成电池组，1200次循环等同于车辆行进大约30万英里（约48万公里），这意味着以每年行进2万公里核算，特斯拉车主在接连开24年后电池容量依然可以到达出厂容量的95%。
更要害的是，Dahn在现场表明，新技术现已完成了商业化，在特斯拉的产品中得到运用。Dahn口中的产品不出意外应该便是本年年初量产的特斯拉松下2170电池了，该电池会首要运用到7月量产的特斯拉Model 3上。尽管一看这个新闻报导的数据就有夸大地成分在里边，暂时不论它，这儿来看一下电池老前辈Jeff Dahn在研讨会上究竟讲了什么。
关于NMC三元资料，进步作业电压是得到高能量密度的重要办法。可是，作业电压进步之后，电解液会与正极资料发生副反响。Jeff Dahn的这个presentaTIon是在本年3月22日在世界电池研讨会上宣布的，题为“Surprising Chemistry in Li-ion Cells”，主要是经过小容量软包电池的试验，剖析了电解液和正极资料的副反响产气对电池寿数的影响、以及怎么按捺产气的问题。
试验运用软包电池容量很小，在220-240mAh之间，别离由Umicore和我国的LiFun Technology供给未注液的电池，Jeff Dahn课题组可以在电池里参加所需电解液，电解液大约0.9g。常见的用于高电压（4.5V）正极资料的电解液溶剂组合包含：EC+EMC、SL+EMC、FEC+TFEC；而添加剂是高电压正极资料不可或缺的重要组分，比方：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，然后参加含量为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，充电截止电压别离为4.2V、4.3V、4.4V、4.5V、4.6V、4.7V。可以看到，充电截止电压进步后，电池容量尽管进步了，可是循环功能却下降很快。阻抗图谱显现，2%VC为添加剂时，充电截止电压从4.4V开端，对应电池阻抗就快速添加；2%PES为添加剂时，充电截止电压从4.5V开端，对应电池阻抗就快速添加；2%PES+MMDS+TTSPi为添加剂时，充电截止电压从4.6V开端，对应电池阻抗就快速添加。阻抗的添加形成了电池容量的快速衰减。
为了弄清楚形成阻抗添加的来历，首要作了下列研讨：
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（包含正/负极、电解液）的产气
为了研讨独自的正极或负极电极的产气，首要将充溢电（4.4V）的软包电池pouch cell拆开，取出正极极片NMC442和负极极片Graphite，然后再将正/负极极片别离封装在铝塑膜袋pouch bag中，并参加相应电解液和添加剂（2%VC），然后封装好后再在60摄氏度下存储500小时，一起监测发生的气体。可以看到，Pouch Cell发生的气体不到0.3mL，而且在500小时内气体没有添加；pouch bag + NMC442发生的气体从大约0.3mL上升到0.8mL；pouch bag + Graphite发生的气体大约是0.05mL，而且整个进程没有添加。从这儿有个开始的揣度，正极NMC发生气体应该迁移到负极Graphite被耗费掉了，这样才干解说为什么Pouch Cell的气体含量很小。
正极发生的气体被负极所耗费的根本进程可以用下图表明。经气相色谱检测，正极发生的气体主要成分是CO2。依据文献报导，CO2在graphite负极反响生成Li2C2O4或许碳酸盐。这也是为什么在pouch cell里边调查的气体含量很小。
搞清楚副反响产气的问题之后，接着研讨了pouch cell阻抗添加的来历，主要是选用对称堵塞电极别离测验在60摄氏度下阻抗改变。正/负极电极是从pouch cell、pouch bag中拆解出来的，电解液溶剂仍是常见的EC+EMC体系。效果显现，pouch bag中的正极电极阻抗远远大于pouch cell的阻抗，正如上面所提到了，在pouch bag中，发生的气体无法被负极graphite耗费，因而形成了正极界面阻抗增大。有意思的是，当把EC+EMC溶剂换成氟化物溶剂时，比方FEC+TFEC时，发现pouch bag中的正极界面阻抗大幅度较小，接近于pouch cell的阻抗。
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，别离调查了EC+EMC溶剂体系和FEC+TFEC溶剂体系下的循环寿数，效果显现，FEC+TFEC溶剂体系下的循环寿数更好，其间，以2%PES+1%DTD in FEC:TFEC=1：1的电解液功能最好。
下图展现了三种NMC正极资料发生的气体状况，对比了NMC外表包覆对产气的影响：NMC442外表包覆资料是LaPO4、NMC532和NMC622外表包覆资料都是Al2O3。效果发现，是否对NMC外表进行包覆并没有对产气发生显着按捺作用，不论是否包覆，正极的产气问题总是比较严重。尽管外表包覆没能阻挠产气，可是包覆却改善了pouch bag中的正极的界面，使得正极界面阻抗大幅下降。
从上面的剖析可以看到，要想进步循环功能，最重要的是要防备NMC产气。下面进一步剖析了不同NMC的产气状况。这儿的NMC资料有：2种改善的NMC（improved NMC，惋惜不知道这种NMC资料的详细信息），NMC532+CoaTIng A；NMC532+CoaTIng B；NMC662+CoaTIng A；NMC662+Coating B。从发生的气体量来看，NMC662+Coating A产气最多，而2种improved NMC资料没有任何气体发生。TGA/MS剖析进一步显现，improved NMC在4.5V、200摄氏度之前没有任何气体发生。因而，选用这种improved NMC应该可以在在较高充电电压下得到很好的循环功能。
下图便是选用improved NMC得到的循环功能。仍是选用前面所说的220mAh-240mAh的小容量软包电池做的测验，电压规模3.0-4.4V，温度40摄氏度，电流0.4C，正极资料别离对比了NMC442和improved NMC。当选用NMC442时，不含EC的电解液得到的功能要优于EC+EMC+PES221，可是比较improved NMC要差许多。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功能，1200次循环衰减仅为5%。
上面便是Jeff Dahn在研讨会上所作的讲演内容概述，研讨了NMC产气对循环功能影响，以及电解液体系、添加剂和NMC品种不同对循环功能的影响，最终找到了一种improved NMC资料，消除了产气问题，进步了电池循环功能。结合最初的新闻报导，1200次循环坚持95%的容量好像就出自这个研讨会上的学术研讨效果。这个猜想在electrek的报导中得到了证明。Electrek谈论说，电池包1200次循环大致相当于48万km。尽管无法知道1200次循环怎么能换算出48万公里，可是这个谈论里边隐含了十分理想化的假定条件：即试验室的小电池功能可以完美的在量产动力电池体系上仿制。实践上，从事电池研讨的人都知道，这个难度是极大的，用一个220mAh-240mAh的试验电池数据去等效阐明48万公里后电池包容量衰减程度是极端不合理的。
下图是国外Dutch-Belgium Tesla论坛的Model S 车主们依据搜集的数据作的一个核算，Y轴表明经过若干次循环之后，车子充溢电还能跑多远，考虑到续驶路程的衰减是直接与电池包能量相关的，因而续驶路程的衰减也反映出电池的衰减。X轴是经过一些平均值近似和假定后换算得到的循环次数。从赤色趋势线来看，500次循环之后，续驶路程衰减7-8%左右，800次后，续驶路程衰减约11%。比较于1200次循环电池包容量衰减5%，好像这个Model S的核算数据要更接地气一点。
