新闻动态
首页 > 新闻动态

前沿│美国含硅锂电池在南京试产 能量密度达700WH/L


      

2015-08-10 朴成奎/译 中国电池网

 

一家名不见经传的初创公司试图生产出能大幅提高续航时间的含硅锂离子电池。一旦成功了,那将是一个重大的突破。它选择在中国募资及开设工厂,这或许意味着,中国将成为电池技术的全球领军者。

 

 

安普瑞斯公司生产的电池


近日,特斯拉CEO埃隆·马斯克展示了该公司最新研制的含硅锂离子电池组,但这种貌似很高端的技术却掩饰了一个重要信息点。


那就是早在一年多以前,一家名不见经传的小公司已经开始销售它自行研发的含硅锂离子电池了。这家公司名叫安普瑞斯,它的电池产品主供智能手机、平板电脑和无人机。在谷歌董事长埃里克·施密特等硅谷投资人的支持下,该公司致力于完善这种能使电池续航时间显著增长的技术。


几十年来,科研人员和电池制造企业一直在研究向锂离子电池中加入硅元素的技术,以提高电池的蓄能。最终,大多数业内人士都认为,该技术将成为一项标准。


但是研制含硅电池是一项艰难的挑战,因为硅会膨胀,并有可能导致电池爆炸。所以,虽然业界对含硅电池投入了很大关注,但含硅电池进入市场的进度却非常缓慢。


如果安普瑞斯公司能够以更低的成本大规模生产含硅电池,那将是一个重大的突破。这样一来,不仅智能手机等电子设备的待机时间会显著延长,另外它还有可能在某一天进入电动汽车市场,提高汽车的续航里程。


不过安普瑞斯公司暂时不会在美国设厂生产电池,至少一开始不会。在近日接受《财富》专访时,安普瑞斯公司的CEO孙康(音译)表示,去年年末,该公司已与江苏省无锡市政府达成合作,合资在无锡建立一座大型工厂。孙康称,无锡开发集团为该公司投资4000万美元,另外无锡市还将为安普瑞斯公司计划将于明年竣工的电池生产线进行投资。


安普瑞斯并不是第一家做电池的创业公司,也不是第一家进军中国的能源创业公司。中国对电动汽车非常看好,正在投入大量财力发展本国产业。而美国的能源创业公司近年缺乏来自硅谷风投家和美国政府的投资,因此安普瑞斯公司肯定不是最后一个进军亚洲的企业。

安普瑞斯在南京的试产线


电池基础知识


为了理解安普瑞斯公司的技术,我们首先来看看电池的基本组成部分。一块电池是由正负两个电极组成的,中间是让电荷通过的介质。当一块锂电池在充电或放电时,锂离子就会在正负电极之间来回移动。


智能手机和笔记本电脑所使用的标准锂电池,一般用石墨作为负极,用氧化锂聚合物作为正极。当充电时,正极生成的锂离子运动到负极,嵌入负极碳层的微孔中,此时负极基本上充当了锂离子的“房东”。


很多电池厂商想在电池负极的石墨混合物中加入小量的硅,加入量约为1%至5%。特斯拉CEO埃隆·马斯克表示,特斯拉的锂电池(大概利用了日本松下公司的技术)仍然主要使用石墨作为负极材料,但随着时间的推移,将会增加硅的用量。


硅能有助于电池储存更多的能源,因为它的化学结构能够在充电时保留住更多的锂原子。美国劳伦斯伯克力国家实验室的科学家刘皋(音译)领导着一支硅电池材料的研发团队,他对我打了个比方:当电池充电时,负极就像是一个盛着锂离子或能源的袋子。和石墨相比,硅能提供一个更大的“袋子”,可以装下更多的锂离子,也就是更多的能源。


但含硅电池的一个大问题是硅会膨胀,在充电时有可能破坏负极。这就好比一个袋子装满了沙子,而每粒沙子在充电时都会膨胀四倍,从而会导致袋子裂开。因此,刘皋等科学家正在研制新型的粘合材料,使硅颗粒即使膨胀,也能将它们约束住。


安普瑞斯公司的核心创新之一,就是利用纳米科技创造一种能够与石墨混合的硅结构。据孙康介绍,这种设计中含有不到10%的硅,它能使负极存储的能源达到普通锂电池的一倍。


该公司于2013年年末首次将含有这种技术的锂离子电池卖给了亚洲的智能手机制造商,它也由此成为首批将含硅电池技术商用的公司之一,只不过它的产量还很小。特斯拉的含硅电池则标志着这项技术将首次更大范围地应用到电动汽车上。


安普瑞斯公司已经把它的电池卖给了商用无人机以及一些电子产品和军事设备的制造商,就连美国国家航空航天局也是它的客户。亟需更长续航时间的客户愿意为这些电池付更高的价格。比如,一家高端无人机制造商就愿意为这些电池支付高价,以使其无人机的飞行时间增加25%。