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要想實(shí)現(xiàn)鋰離子電池能量密度進(jìn)一步提升，硅負(fù)極的使用不可避免。

為了解決硅負(fù)極的制造難題，斯坦福大學(xué)崔屹教授創(chuàng)建了Amprius公司，Amprius完善了這一技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了世界上第一個(gè)100%硅納米線鋰離子電池負(fù)極。

2021年，這個(gè)崔屹教授建立的公司做出的100%硅負(fù)極鋰電池實(shí)現(xiàn)了能量密度370 Wh/kg，并且充電時(shí)，從0充電到80%，僅用6分鐘，這種電池在當(dāng)前的手機(jī)快充以及電動(dòng)車的快充中有非常好的應(yīng)用前景。此外，Amprius還開發(fā)了具有低成本的硅碳復(fù)合負(fù)極，電池能量密度達(dá)到350 Wh/kg。

最近Amprius公司宣布，已經(jīng)生產(chǎn)了第一批超高能量密度的鋰電池，在比容量和能量密度上都實(shí)現(xiàn)了重大的突破，該款鋰電池的電池密度達(dá)到450 Wh/kg（1150 Wh/l），是目前可用電池中能量密度最高的鋰電池。

最近，另一家美國初創(chuàng)公司也在硅負(fù)極上取得了突破，公司名為OneD Battery Sciences，他們開發(fā)了一種名叫SINANODE的工藝。

使用硅負(fù)極的常用的方法包括將氧化硅顆粒或碳包覆的納米硅顆粒與石墨混合。這些方法依靠特殊的聚合物來穩(wěn)定或防止硅破裂和失去電接觸。它們受到一個(gè)或多個(gè)關(guān)鍵因素的限制:硅的添加量或可獲取量、制造規(guī)模或成本，以及與整個(gè)電動(dòng)汽車供應(yīng)鏈的大規(guī)模投資缺乏兼容性。

此外，這些解決方案必須是單一來源的，不能讓電動(dòng)汽車制造商提供完全差異化、定制化的高性能電動(dòng)汽車電池，這些電池是由多個(gè)材料供應(yīng)商提供的多家工廠生產(chǎn)的。

SINANODE工藝只使用硅烷、氮和適量的電力，就像把電線插入插座一樣，將硅納米線直接連接到石墨上。當(dāng)帶電時(shí)，硅納米線保持柔韌，不會(huì)破裂。由于每個(gè)石墨顆粒上都有成千上萬根納米線，硅將陽極的能量密度提高了兩倍。

硅負(fù)極的利用最大問題是成本，其中包含硅顆粒或者納米硅的前體成本，資本設(shè)備和制造成本。SINANODE重新定義了電池的性能和成本，同時(shí)充分利用了當(dāng)前價(jià)值鏈的各個(gè)方面，包括已經(jīng)大規(guī)模生產(chǎn)的石墨粉末和現(xiàn)有的制造工藝。

事實(shí)上，SINANODE過程與使用哪種石墨以及石墨顆粒的大小無關(guān)。在SINANODE過程中，硅的均勻分散與顆粒大小無關(guān)。

使用成熟的生產(chǎn)設(shè)備，可以獲得高產(chǎn)量硅烷，并降低陽極成本。更重要的是，由此產(chǎn)生的硅-石墨復(fù)合負(fù)極材料可以立即用于現(xiàn)有的工業(yè)規(guī)模的電極涂層設(shè)備，并且與其他材料、電池設(shè)計(jì)規(guī)范和目前電動(dòng)汽車電池工廠使用的工藝兼容。

更令人驚訝的是，在微米大小的石墨顆粒上添加微小的硅納米線，略微縮小了純石墨襯底的BET表面積。復(fù)合粉末中顆粒的尺寸分布與純石墨中的分布相同。因此，混合和漿液流變學(xué)易于微調(diào)，無論是在使用濕涂層的大型電極涂層機(jī)中，還是在較新的、成本低得多的干涂層工藝中，漿料都能分布均勻。

SINANODE中試產(chǎn)能為300噸，20%硅和80%石墨負(fù)極材料為鋰電池提供1 GWh的儲(chǔ)能容量。當(dāng)與純石墨混合時(shí)，硅納米線/石墨復(fù)合材料獲得了更高的首次循環(huán)效率，而成本甚至比目前生產(chǎn)的最高能量密度的電動(dòng)汽車電池更低。它的獨(dú)特表現(xiàn)在2019年和2020年被領(lǐng)先的電動(dòng)汽車公司證實(shí)，為實(shí)現(xiàn)大規(guī)模生產(chǎn)目標(biāo)鋪平了道路。

多年來，OneD一直致力于提高產(chǎn)量并簡化制造工藝，以便能夠獲得成本最低的硅解決方案，當(dāng)前，增加一千瓦時(shí)的可逆硅容量成本僅為1.6美元。

目前該公司正在建造大型加工廠，以支持SINANODE加工的石墨陽極材料的生產(chǎn)，為每年生產(chǎn)數(shù)百萬輛電動(dòng)汽車提供電池保障。

鏈接：https://onedsinanode.com

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崔屹的納米硅公司迎來對(duì)手，硅負(fù)極新技術(shù)帶來突破！

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