在技術(shù)上特立獨行、屢屢給人意外驚喜的特斯拉，或?qū)⒃趧恿?a href="/keywords/lilizi/" class = "seo-anchor" data-anchorid=121 target="_blank">鋰離子電池領(lǐng)域投出重磅“利器”。

特斯拉2020年度股東大會將于九月二十三日舉辦，大會后將召開特斯拉的“電池日”活動。根據(jù)特斯拉及其創(chuàng)始人馬斯克近期透露的消息，特斯拉可能在“電池日”公布基于硅納米線的全新電池，硅納米線也有望成為動力鋰離子電池能量密度等性能提升的關(guān)鍵材料。

此外，有中資參與的電池技術(shù)商Amprius（安普瑞斯）亦有望和特斯拉展開合作。但對這一新技術(shù)，業(yè)內(nèi)專家表達了謹慎樂觀態(tài)度。

解密硅納米線技術(shù)

據(jù)馬斯克近期透露，特斯拉將在3到4年內(nèi)量產(chǎn)量量密度400wh/kg的動力鋰離子電池，相比現(xiàn)有體系提升50%。

值得注意的是，特斯拉日前公布了“電池日”活動的注冊頁面，背景圖片非常抽象，但其中卻內(nèi)藏玄機，相關(guān)業(yè)內(nèi)人士研究后認為，這是新電池材料——硅納米線的結(jié)構(gòu)圖。

特斯拉“電池日”活動的注冊頁面

硅納米線是一種新型的一維半導體納米材料，線體直徑一般在10nm左右，內(nèi)晶核是單晶硅，外層有SiO2包覆層。硅納米線的應用關(guān)鍵在于提高電池陽極的儲電量。業(yè)內(nèi)專家對小編介紹，其實硅納米線的研究結(jié)果早在2007年十二月十五日就曾發(fā)表在國際權(quán)威期刊《自然納米技術(shù)》雜志上，其重要作者就是斯坦福大學材料學家崔屹。

此前研究發(fā)現(xiàn)，當電池充電時，帶正電的鋰離子將吸附住電流中的電子，并移動到陽極。當電池放電時，鋰離子放出原來吸附的電子，放出電能，并通過導電膠回到陰極。傳統(tǒng)電池的陽極由非常薄的碳原子層組成，而儲存一個鋰離子要六個碳原子。

相比之下，硅的儲電潛力巨大，因為一個硅原子就能儲存四個鋰離子。但當研究人員用硅薄層或硅離子制成電池陽極時，大量高速運動的鋰原子會將陽極的硅擊碎，甚至還會破壞硅原子與底層金屬基底的聯(lián)系，減弱其效力。

崔屹團隊發(fā)現(xiàn)，用須狀硅線制成的電池陽極能大大改善這一狀況。研究人員在不銹鋼基底上培育了一大片硅納米線，然后加入普通的電解液和電極制成簡單的電池。在一系列實驗中，硅納米線不停地膨脹和收縮，但始終沒有從基底脫落。崔屹團隊認為，重要原因在于納米線的形狀使硅原子點陣能沿著線迅速膨脹收縮，從而緩解了結(jié)構(gòu)應變，使納米線牢牢附著在金屬基底上。通過這種辦法硅陽極儲存的電量比傳統(tǒng)石墨陽極要高10倍之多。

業(yè)內(nèi)專家分析表示，理論上硅作為負極材料可以儲存大量電能，但由于硅在充放電過程中體積變化極大，容易破碎，因此一直難以取代石墨。崔屹開發(fā)的新技術(shù)能夠防止這樣的硅膨脹，形象來說，使用的硅結(jié)構(gòu)在納米級上類似于一個個刷毛，給出了足夠的膨脹空間，不會引發(fā)碰撞進而使硅出現(xiàn)破裂。

公開資料顯示，特斯拉電動汽車此前所使用的動力鋰離子電池中，能量密度最高的為由松下供貨的NCA“2170”電池，其單體能量密度達到256Wh/kg，這意味著400Wh/kg電池在此基礎(chǔ)上將能量密度提高了近50%，這一能量密度甚至足以驅(qū)動一架電動飛機。

動力鋰離子電池廠家各顯其能

“硅基負極材料是動力鋰離子電池技術(shù)下一步升級路線之一?！遍L期跟蹤新能源汽車動力鋰離子電池發(fā)展的羅蘭貝格總監(jiān)時帥對小編說，隨著電動汽車的快速發(fā)展，現(xiàn)在的石墨負極材料無法滿足高容量、高性能的需求。硅材料比容量高，但充放電過程存在一些技術(shù)難題要解決，比如體積膨脹?，F(xiàn)在來看，納米化確實是一個有效的問題解決途徑，特斯拉能否將該技術(shù)成功產(chǎn)業(yè)化，要看量產(chǎn)的完備成程度以及成本等因素，將是一項有希望的技術(shù)革新。

不僅是特斯拉渴望技術(shù)革新，我國也是全球動力鋰離子電池領(lǐng)域的重要參與者。寧德時代和比亞迪也正在加緊技術(shù)革新。

A股最大的動力鋰離子電池上市公司寧德時代2020年六月正式宣布推出新型長壽命電池。該款電池采用自修復長壽命技術(shù)，可實現(xiàn)16年超長壽命或200萬公里行駛里程，成本較現(xiàn)有電池新增不到10%。

據(jù)公司有關(guān)負責人介紹，寧德時代自修復長壽命電池技術(shù)的核心在于減緩容量衰減速度，即控制活性鋰消耗速度。寧德時代相關(guān)專家表示，該技術(shù)通用于三元材料和磷酸鐵鋰材料，已經(jīng)具備量產(chǎn)量力，能夠緩解用戶里程衰減的痛點，大幅降低電池使用成本，提升電動汽車相有關(guān)燃油車的經(jīng)濟性。

比亞迪也在今年推出了廣受關(guān)注的刀片電池，雖也屬于磷酸鐵鋰離子電池，但是刀片電池由于獨特的內(nèi)部結(jié)構(gòu)，使得整體的能量密度也較高，刀片電池在續(xù)航方面也可比肩三元鋰離子電池。

比亞迪旗下弗迪電池副總經(jīng)理孫華軍日前表示，正常情況下搭載刀片電池的“比亞迪漢”，在零下十度以下仍能放出常溫下90%的電，放電功率與三元鋰離子電池基本持平。在電池性能上，刀片電池33分鐘可將電量從10%充到80%、支持電動汽車百公里加速達到3.9秒、循環(huán)充放電超3000次、可保證電動汽車行駛120萬公里，按照規(guī)劃，搭載刀片電池的電動汽車續(xù)航里程有望達到700公里至800公里。

另外，價格昂貴一直是動力鋰離子電池的軟肋，比亞迪憑借刀片電池，將成本進一步壓縮，刀片電池的成本甚至將低于600元人民幣/KWh。

不過，在決定電池性能的關(guān)鍵數(shù)據(jù)能量密度方面。刀片電池系統(tǒng)現(xiàn)在能量密度為140Wh/kg，比亞迪人士透露，未來一兩年，刀片電池能量密度還將進一步提升至160-170Wh/kg。寧德時代目前的磷酸鐵鋰離子電池能量密度達161.29Wh/kg，寧德方面還沒透露未來的新型長壽命電池的能量密度。

技術(shù)前景還需檢驗

引人關(guān)注的是，電池制造商Amprius近期已經(jīng)將美國辦公室搬到了距離特斯拉Tera電池制造廠非常近的距離，該廠就是特斯拉計劃舉辦“電池日”的地方。

Amprius成立于2008年，是由新型硅納米線電池研發(fā)者崔屹及資深風投合伙人MarkPlatshon一起創(chuàng)辦。Amprius公司方面此前已經(jīng)表示，硅納米線將能給電池技術(shù)帶來巨大突破，電池能量密度提升50%的幅度遠遠高于目前業(yè)內(nèi)平均年5%的增幅。

2018年五月二十二日，Amprius公司完成鋰離子電池硅納米負極生產(chǎn)線制備并投入中試生產(chǎn)。這是世界上第一條、也是唯一一條雙面連貫印刷式、高精度、3維納米線生產(chǎn)線。這條生產(chǎn)線的建成初步實現(xiàn)了高容量硅納米線負極的規(guī)模生產(chǎn)。但公司高層此前在談到相關(guān)業(yè)務時表示，假如無法擴大規(guī)模，公司可能會“死掉”。假如能獲得特斯拉和馬斯克的垂青及后續(xù)大規(guī)模投入，崔屹團隊和投資人有望能看到硅納米線技術(shù)變現(xiàn)的曙光。

Amprius的總部雖然位于美國硅谷，但其在江蘇無錫也有廠，該廠目前生產(chǎn)鋰離子聚合物電池。從資本結(jié)構(gòu)來看，來自中美兩國的投資者之前已經(jīng)共同向Amprius公司注資了約1.4億美元，其中重要包括兩家硅谷風險投資公司TridentCapital和KleinerPerkins，一家我國私募股權(quán)公司SAIFPartners（賽富我國），還有作為江蘇省內(nèi)國有投資公司的無錫工業(yè)發(fā)展集團，另外，A股公司南天信息參股的公司盈富泰克也投資了Amprius。

在硅納米線的產(chǎn)業(yè)鏈方面，A股上市公司我國寶安在新三板上市的子公司貝特瑞的硅碳負極較早實現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化，貝特瑞的硅碳負極產(chǎn)品技術(shù)和量產(chǎn)出貨能力在國內(nèi)處于領(lǐng)先低位。

“馬斯克的執(zhí)行力非常強，但是有關(guān)實驗室走出來的新技術(shù)還要嚴格驗證?！鄙虾＝煌ù髮W汽車節(jié)能技術(shù)研究所所長殷承良指出，目前硅納米線的技術(shù)重要還是實驗室數(shù)據(jù)，在電動汽車上要真正實現(xiàn)應用還要經(jīng)過一系列技術(shù)試驗和安全考驗。之前也有一些公司宣稱自己做出了很高能量密度的電池產(chǎn)品，有的數(shù)據(jù)都已經(jīng)突破300Wh/kg了，但實驗室里的數(shù)據(jù)還不能算真正量產(chǎn)裝車的動力鋰離子電池能量密度。

在殷承良看來，很多實驗室數(shù)據(jù)不錯的技術(shù)在后續(xù)應用場景的測試中，并不穩(wěn)定，有時性能數(shù)據(jù)一下可以掉一半之多，IBM幾年前曾經(jīng)宣布開發(fā)鋰空氣電池，目前也沒有很好的應用實現(xiàn)。

除了性能要保持之外，殷承良還指出，汽車因為是載人交通工具，又在各種不同路況環(huán)境中處于快速行駛狀態(tài)，所以安全性非常重要，硅在充放電過程中體積變化極大等問題要重視，實驗室情景下的安全并不能平移等同于車輛實際行駛中的安全。