能量密度全球最高,这个锂电池技术将迎来第二春?

作者: 尹洪昌

锂电池赛道又有大消息。

据外媒最新报道,美国Amprius公司宣布,已经生产了第一批超高能量密度的锂电池,能量密度达到450Wh/kg,是目前可用电池中能量密度最高的,比目前最先进的特斯拉Model 3电池还有高出73%,而且体积还减少了37%。

据Amprius公司表示,这款电池能够实现如此高能量密度的主要原因是,其采用了硅纳米线技术

趁此机会,我们来和大家聊一聊这个硅纳米线技术到底是个什么东西?有哪些优劣势等等问题。

什么是硅纳米线技术?

据华宝证券研报,硅纳米线指的是宽度在10纳米左右、长度无限制的材料,是一种新型的一维半导体纳米材料。

硅纳米线作为一种已知技术,可取代传统锂离子电池中的负极材料石墨,减轻电池重量和体积,从而提高电池效率,有助于制造能量密度更高、使用寿命更长的电池。

中信建投也指出,将硅纳米线应用于锂电负极,体现出了若干理论优势:具备离子、电子通路;适应嵌锂前后的体积变化;利于电解液渗透和储存;具备较高活性物质利用率。

资料显示,硅纳米线技术的研发方向早在Amprius公司成立之初便已确定,利用纳米技术,能够在微小的硅纳米线中存储锂,这些纳米线的厚度约为一张纸的千分之一,硅纳米线吸收锂后仍会膨胀,但纳米技术可防止硅破裂,可以实现市场上最高的能量/功率比。

据Amprius介绍,由于硅是能量密度的最佳材料,因此纳米线技术使用100%的硅意味着可以提供当今世界上能量密度最高的电池。

该技术曾因“特斯拉电池日”引发市场关注

事实上,硅纳米线电池此前就曾因特斯拉电池日而引起广泛关注。

Amprius与特斯拉的关系非常紧密,其选址的附近就是特斯拉的电池制造工厂和秘密电池实验室,其甚至将办公室都搬到了特斯拉电池实验室。

2020年8月,在特斯拉电池日召开之前,马斯克在推特上表示特斯拉会在3-4年内批量生产寿命更长、而且能量密度提高50%也就是达到400wh/kg的电池,目前Model 3的松下2170电池电芯能量密度为260wh/kg。

随着特斯拉电池日临近,2020年9月19日,特斯拉发布了电池日活动的注册页面,页面背景图片是一种新电池材料――硅纳米线的结构图。

结合马斯克的言论,当时就有媒体猜测,特斯拉电池日即将发布的新技术可能会涉及硅纳米线负极,Amprius正是这款动力电池的幕后“大脑”。

但后来的特斯拉电池日,这一技术并未亮相。

此前硅纳米线技术存在哪些问题?

中信建投指出,Amprius实用化的负极产品是“核-壳”结构硅碳负极,估计该硅纳米线距离较低成本量产并制得高性能全电池还需要相当长的时间。未来随着正负极、电解液、隔膜和电池单体共同发力,才可能实现它的性能目标。再考虑到成本问题,实际局面更复杂。

华宝证券也指出,按照Amprius的预期,将硅负极容量提升到1000mAh/g测算,此时电池质量能量密度达到334Wh/kg,距离400Wh/kg仍有约20%。为了实现目标,需要对正极、电解液乃至整个体系继续进行大幅改良。

其指出,在石墨负极相对成熟度较高的条件下,仅高镍三元正极的规模化应用历时就不止3-4年,而获得量产400Wh/kg能量密度电池所难度要远高于研发、生产高镍三元正极。和中信建投一样,华宝证券也认为Amprius的硅纳米线距离较低成本量产并制得高性能全电池预计还需要时间。

不过随着此次Amprius宣布首批锂电池生产成功,相关产业化节奏有望加快。

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