新型锂电池技术 可能会使电动车更便宜

　　西拉纳米技术公司已经取得了两位数的锂离子电池性能收益，承诺降低成本或增加汽车和手机的功能。

　　或过去七年，位于加利福尼亚州阿拉米达的一家创业公司已经悄然开发了一种新型阳极材料，该材料有望显着提升锂离子电池的性能。

　　西拉纳米技术从隐身模式上个月出现，与宝马合作，把公司的硅基负极材料至少在一些德国汽车制造商的电动汽车由2023年宝马发言人告诉了华尔街日报，该公司预计，该交易将导致到可以装入给定体积电池的能量增加10到15％。Sila首席执行官GeneBerdichevsky说，这些材料最终可能会产生多达40％的改善。

　　对于电动汽车来说，所谓能量密度的增加要么在单次充电时显着延长可行驶里程，要么降低达到标准范围所需的电池成本。对于消费电子产品来说，它可以减轻手机无法通过一天的困扰，或者可能使更大功率的相机或超高速5G网络等耗电量更大的下一代功能成为可能。

　　研究人员花费了数十年时间来提高锂离子电池的性能，但这些收益一次只能达到几个百分点。那么SilaNanotechnologies如何实现如此巨大的飞跃？

　　在Tesla担任第七名员工的Berdichevsky和乔治亚理工学院材料科学教授GlebYushin最近在接受MITTechnologyReview采访时提供了对电池技术的更深入的解释。

　　阳极是电池的负极，在这种情况下，当电池充电时，负极储存锂离子。工程师长期以来一直认为硅作为阳极材料具有巨大的潜力，原因很简单：它可以与锂离子的25倍以上的锂离子结合，而锂离子电池是目前用于锂离子电池的主要材料。

　　但是这带来了一个大问题。当硅容纳许多锂离子时，其体积膨胀，以便在充电过程中容易使材料破碎的方式对材料施加应力。这种膨胀也会触发电化学副反应，从而降低电池性能。

　　在2010年，Yushin合着了一篇科学论文，该论文确定了一种生产刚性硅基纳米颗粒的方法，该纳米颗粒在内部具有足够的孔隙以适应明显的体积变化。他与Berdichevsky和另一位前特斯拉电池工程师AlexJacobs合作，第二年组建了Sila。

　　自那以来，该公司一直在努力实现这一基本概念的商业化，开发，生产和测试数以万计的各种日益复杂的阳极纳米颗粒。它找出了改变内部结构以防止电池电解质渗入颗粒的方法，并且它实现了几十个能量密度的增量增加，最终比现有最佳技术提高了约20％。

　　最终，Sila创建了一个坚固的，微米尺寸的球形颗粒，其中有一个多孔的核心，它指引内部结构中的大部分溶胀。颗粒的外部在充电过程中不会改变形状或尺寸，从而确保正常的性能和循环寿命。

　　所得到的复合阳极粉末用作现有锂离子电池制造商的嵌入式材料。

　　采用任何新的电池技术，至少需要五年的时间才能完成汽车行业的质量和安全保证流程，因此与宝马的2023年时间表相一致。但西拉与消费电子领域的合作正在加快进程，预计明年初可能会有产品在架上放置电池材料。

　　卡内基梅隆公司的机械工程师VenkatViswanathan表示，Sila正在“取得长足进步”。但他提醒说，一种电池衡量标准的进步往往以牺牲其他人的利益为代价，比如安全性，充电时间或循环寿命等等。在实验室中并不总是完美地转化成最终产品。

　　包括Enovix和Enevate在内的公司也在开发以硅为主的阳极材料。与此同时，其他企业正在寻求完全不同的路线来实现更高容量的存储，特别是固态电池。这些材料使用玻璃，陶瓷或聚合物等材料来替代液体电解质，这有助于在阴极和阳极之间携带锂离子。

　　宝马还与科罗拉多大学博尔德分校的SolidPower合作，该公司声称其依靠锂金属阳极的固态技术能够比传统锂离子电池存储两到三倍的能量。与此同时，最近从戴森等公司筹集6500万美元的离子材料公司已开发出一种固体聚合物电解质，据称其能够提供更安全，更便宜的电池，可在室温下运行，并且还可与锂金属一起使用。

　　一些电池专家认为，如果研究人员能够克服一些大的剩余技术障碍，固态技术最终会在能量密度方面取得更大的收益。

　　但是Berdichevsky强调，Sila的材料现在已经可以用于产品了，并且与固态锂金属电池不同，不需要电池制造商进行任何昂贵的设备升级。

　　随着公司开发更多限制硅基颗粒体积变化的方法，Berdichevsky和Yushin相信他们将能够进一步扩展能量密度，同时还可以改善充电时间和整个循环寿命。