西拉納米技術(shù)公司已經(jīng)取得了兩位數(shù)的鋰離子電池性能收益，承諾降低成本或增加汽車(chē)和手機(jī)的功能。

　　或過(guò)去七年，位于加利福尼亞州阿拉米達(dá)的一家創(chuàng)業(yè)公司已經(jīng)悄然開(kāi)發(fā)了一種新型陽(yáng)極材料，該材料有望顯著提升鋰離子電池的性能。

　　西拉納米技術(shù)從隱身模式上個(gè)月出現(xiàn)，與寶馬合作，把公司的硅基負(fù)極材料至少在一些德國(guó)汽車(chē)制造商的電動(dòng)汽車(chē)由2023年寶馬發(fā)言人告訴了華爾街日?qǐng)?bào)，該公司預(yù)計(jì)，該交易將導(dǎo)致到可以裝入給定體積電池的能量增加10到15％。Sila首席執(zhí)行官GeneBerdichevsky說(shuō)，這些材料最終可能會(huì)產(chǎn)生多達(dá)40％的改善。

　　對(duì)于電動(dòng)汽車(chē)來(lái)說(shuō)，所謂能量密度的增加要么在單次充電時(shí)顯著延長(zhǎng)可行駛里程，要么降低達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)范圍所需的電池成本。對(duì)于消費(fèi)電子產(chǎn)品來(lái)說(shuō)，它可以減輕手機(jī)無(wú)法通過(guò)一天的困擾，或者可能使更大功率的相機(jī)或超高速5G網(wǎng)絡(luò)等耗電量更大的下一代功能成為可能。

　　研究人員花費(fèi)了數(shù)十年時(shí)間來(lái)提高鋰離子電池的性能，但這些收益一次只能達(dá)到幾個(gè)百分點(diǎn)。那么SilaNanotechnologies如何實(shí)現(xiàn)如此巨大的飛躍？

　　在Tesla擔(dān)任第七名員工的Berdichevsky和喬治亞理工學(xué)院材料科學(xué)教授GlebYushin最近在接受MITTechnologyReview采訪時(shí)提供了對(duì)電池技術(shù)的更深入的解釋。

　　陽(yáng)極是電池的負(fù)極，在這種情況下，當(dāng)電池充電時(shí)，負(fù)極儲(chǔ)存鋰離子。工程師長(zhǎng)期以來(lái)一直認(rèn)為硅作為陽(yáng)極材料具有巨大的潛力，原因很簡(jiǎn)單：它可以與鋰離子的25倍以上的鋰離子結(jié)合，而鋰離子電池是目前用于鋰離子電池的主要材料。

　　但是這帶來(lái)了一個(gè)大問(wèn)題。當(dāng)硅容納許多鋰離子時(shí)，其體積膨脹，以便在充電過(guò)程中容易使材料破碎的方式對(duì)材料施加應(yīng)力。這種膨脹也會(huì)觸發(fā)電化學(xué)副反應(yīng)，從而降低電池性能。

　　在2010年，Yushin合著了一篇科學(xué)論文，該論文確定了一種生產(chǎn)剛性硅基納米顆粒的方法，該納米顆粒在內(nèi)部具有足夠的孔隙以適應(yīng)明顯的體積變化。他與Berdichevsky和另一位前特斯拉電池工程師AlexJacobs合作，第二年組建了Sila。

　　自那以來(lái)，該公司一直在努力實(shí)現(xiàn)這一基本概念的商業(yè)化，開(kāi)發(fā)，生產(chǎn)和測(cè)試數(shù)以萬(wàn)計(jì)的各種日益復(fù)雜的陽(yáng)極納米顆粒。它找出了改變內(nèi)部結(jié)構(gòu)以防止電池電解質(zhì)滲入顆粒的方法，并且它實(shí)現(xiàn)了幾十個(gè)能量密度的增量增加，最終比現(xiàn)有最佳技術(shù)提高了約20％。

　　最終，Sila創(chuàng)建了一個(gè)堅(jiān)固的，微米尺寸的球形顆粒，其中有一個(gè)多孔的核心，它指引內(nèi)部結(jié)構(gòu)中的大部分溶脹。顆粒的外部在充電過(guò)程中不會(huì)改變形狀或尺寸，從而確保正常的性能和循環(huán)壽命。

　　所得到的復(fù)合陽(yáng)極粉末用作現(xiàn)有鋰離子電池制造商的嵌入式材料。

　　采用任何新的電池技術(shù)，至少需要五年的時(shí)間才能完成汽車(chē)行業(yè)的質(zhì)量和安全保證流程，因此與寶馬的2023年時(shí)間表相一致。但西拉與消費(fèi)電子領(lǐng)域的合作正在加快進(jìn)程，預(yù)計(jì)明年初可能會(huì)有產(chǎn)品在架上放置電池材料。

　　卡內(nèi)基梅隆公司的機(jī)械工程師VenkatViswanathan表示，Sila正在“取得長(zhǎng)足進(jìn)步”。但他提醒說(shuō)，一種電池衡量標(biāo)準(zhǔn)的進(jìn)步往往以犧牲其他人的利益為代價(jià)，比如安全性，充電時(shí)間或循環(huán)壽命等等。在實(shí)驗(yàn)室中并不總是完美地轉(zhuǎn)化成最終產(chǎn)品。

　　包括Enovix和Enevate在內(nèi)的公司也在開(kāi)發(fā)以硅為主的陽(yáng)極材料。與此同時(shí)，其他企業(yè)正在尋求完全不同的路線來(lái)實(shí)現(xiàn)更高容量的存儲(chǔ)，特別是固態(tài)電池。這些材料使用玻璃，陶瓷或聚合物等材料來(lái)替代液體電解質(zhì)，這有助于在陰極和陽(yáng)極之間攜帶鋰離子。

　　寶馬還與科羅拉多大學(xué)博爾德分校的SolidPower合作，該公司聲稱(chēng)其依靠鋰金屬陽(yáng)極的固態(tài)技術(shù)能夠比傳統(tǒng)鋰離子電池存儲(chǔ)兩到三倍的能量。與此同時(shí)，最近從戴森等公司籌集6500萬(wàn)美元的離子材料公司已開(kāi)發(fā)出一種固體聚合物電解質(zhì)，據(jù)稱(chēng)其能夠提供更安全，更便宜的電池，可在室溫下運(yùn)行，并且還可與鋰金屬一起使用。

　　一些電池專(zhuān)家認(rèn)為，如果研究人員能夠克服一些大的剩余技術(shù)障礙，固態(tài)技術(shù)最終會(huì)在能量密度方面取得更大的收益。

　　但是Berdichevsky強(qiáng)調(diào)，Sila的材料現(xiàn)在已經(jīng)可以用于產(chǎn)品了，并且與固態(tài)鋰金屬電池不同，不需要電池制造商進(jìn)行任何昂貴的設(shè)備升級(jí)。

　　隨著公司開(kāi)發(fā)更多限制硅基顆粒體積變化的方法，Berdichevsky和Yushin相信他們將能夠進(jìn)一步擴(kuò)展能量密度，同時(shí)還可以改善充電時(shí)間和整個(gè)循環(huán)壽命。