电芯的能量密度计算：能量密度450Whkg背后是正在崛起的又一种新材料

电芯的能量密度计算：能量密度450Whkg背后是正在崛起的又一种新材料　　实际上，Amprius公司的硅纳米技术，或与特斯拉已经有着比较久的合作应用。　　据介绍，Amprius公司对外宣称做到450Wh/kg的高能量密度锂电池，主要是采用了硅纳米线技术，使得负极材料中可以大量使用硅材料。而硅本身相较于目前主流的石墨负极，就有着超高的克容量(硅理论质量比容量约 4200mAh/g，而石墨仅为 372 mAh/g)，基于硅纳米线技术，使得硅在负极材料中的占比大幅提升，进而实现了超过400Wh/kg的单体能量密度。　　对于名不见经传的企业来说，这一招仍然很吃香。　　近日，美国加利福尼亚的一家Amprius公司宣布，已经生产出了一批超高能量密度的锂电池，单体电芯能量密度达到450Wh/kg，比特斯拉Model 3的电芯能量密度高出73%。有媒体用“吊打”“完胜”，甚至“特斯拉杀手”来形容。　　殊不知，这家公司的投资者中很可能就有特斯拉。

　　撰稿丨电池中国

　　编辑丨麦 子

　　美编丨CBEA独耀

　　随着动力电池产业向纵深发展，且市场格局已初步成型，新企业无论是想要融资，还是发展，最好的途径就是以技术去“颠覆”现有的主流路线。

　　对于名不见经传的企业来说，这一招仍然很吃香。

　　近日，美国加利福尼亚的一家Amprius公司宣布，已经生产出了一批超高能量密度的锂电池，单体电芯能量密度达到450Wh/kg，比特斯拉Model 3的电芯能量密度高出73%。有媒体用“吊打”“完胜”，甚至“特斯拉杀手”来形容。

　　殊不知，这家公司的投资者中很可能就有特斯拉。

　　据介绍，Amprius公司对外宣称做到450Wh/kg的高能量密度锂电池，主要是采用了硅纳米线技术，使得负极材料中可以大量使用硅材料。而硅本身相较于目前主流的石墨负极，就有着超高的克容量(硅理论质量比容量约 4200mAh/g，而石墨仅为 372 mAh/g)，基于硅纳米线技术，使得硅在负极材料中的占比大幅提升，进而实现了超过400Wh/kg的单体能量密度。

　　实际上，Amprius公司的硅纳米技术，或与特斯拉已经有着比较久的合作应用。

　　在2020年8月，特斯拉CEO马斯克在社交媒体上表示特斯拉会在3-4年内批量生产寿命更长、而且能量密度高出当时电芯能量密度50%，也就是超过400Wh/kg的电池。

　　同年9月，在特斯拉电池日临近的活动预告页面上，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。

　　硅纳米线作为一种已知技术，可以解决硅本身在电池应用中易膨胀、破碎和循环方面的痛点。

　　不过，在当年的“电池日”上，特斯拉并未公布关于硅纳米技术的任何内容，只是提到在未来的电池负极材料中，尤其是4680电池中会逐步提高硅负极材料的应用占比，以提升电池性能。

　　彼时，有业内人士就指出，Amprius公司与特斯拉的关系非常玄妙，Amprius办公选址就在特斯拉的电池制造工厂附近，有消息甚至称其将办公室搬到了特斯拉的电池实验室里。

　　如前所述，理论上硅作为负极材料相较石墨可以大幅提升电池能量密度，一直被认为是下一代主流负极材料路线之一，但由于硅在充放电过程中体积变化极大，容易破碎，因此应用存在难点。

　　斯坦福大学的研究人员发现，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。

　　Amprius公司创始人崔屹，是斯坦福大学华人教授，一直从事的就是纳米材料合成方向，并率先将纳米技术与电池结合起来。

　　综上可以看出，Amprius公司宣称的450Wh/kg锂电池，从材料应用方面看，目前应该是在负极上依托硅纳米技术，大量使用硅负极替代了石墨。不过，这一电池目前在成本、循环、产业化进程等诸多方面的表现还有待观察，何时量产目前还没有比较明确的时间表。如果真的跟特斯拉关系不一般，那么“特斯拉杀手”就无从谈起，即使跟特斯拉没有关系，那么“吊打特斯拉”可能也只是宣传的噱头。

　　不过，从这里我们也可以看到，硅在锂电池负极材料中大有可为，无论是国内企业，还是国外企业，都在加速这一材料的应用。尤其是在中国市场，未来几年预计将是硅负极材料渗透率快速提升的阶段。

　　2021年，包括蔚来、广汽埃安、智己汽车等车企都在代表车型上应用了使用硅负极材料的动力电池，特斯拉在2170和4680电池中也都开始使用含硅的负极材料。

　　例如，广汽埃安Aion LX已入选国家工业和信息化部2021年第10批新能源汽车推荐目录，采用海绵硅负极片电池技术，NEDC续航高达1008km。

　　电池端，2月19日，特斯拉宣布，其已在位于加利福尼亚州的试点工厂生产了100万颗4680电池。这也证明特斯拉自产电池已经正式投产，硅负极使用开始快速起量;国轩高科在2021年年初发布了能量密度达到210Wh/kg的磷酸铁锂电芯，是其首次在磷酸铁锂电池中成功应用硅负极材料，此外，国轩高科使用硅负极材料的半固态三元电池，能量密度已在360Wh/kg附近，另外国轩高科目前已具备5000吨硅碳负极材料的生产能力;智己汽车电池供应商来自宁德时代，表明宁德时代也已经在高性能电池上导入硅负极产品。

　　另外，包括孚能科技、亿纬锂能、卫蓝新能源、力神电池、星恒电源、比克电池等多家电池企业在这方面也正快速推进。

　　国外方面，除了特斯拉，三星SDI此前表示将在2021年推出含硅量7%的第二代电池，2024年发布含硅量10%的第三代电池。

　　“春江水暖鸭先知”，作为上游材料企业，正基于市场需求研判，以及电池客户的订单，加码硅负极材料产能的布局。

　　2月16日，贝特瑞发布公告称，公司拟在深圳市光明区内投资建设年产4万吨硅基负极材料项目，项目预计总投资50亿元。其中，一期计划于2023年12月底前建成投产年产1.5万吨硅基负极材料产能。

　　2021年11月，硅宝科技宣布，将在四川彭山经济开发区设立全资子公司硅宝科技(眉山)新能源科技有限公司建设1万吨/年锂电池用硅碳负极材料。

　　去年12月，石大胜华宣布，将投资7.3亿元建设2万吨硅基负极材料项目。

　　此外，包括璞泰来、巴斯夫杉杉、中科电气、天目先导、壹金新能源、格龙新材料、正拓新能源、翔丰华、新安化工等多家材料企业也已经布局硅负极材料产能，预计接下来会进一步扩大产能。

　　在新能源汽车行业高速发展的背景下，消费者对新能源汽车的续航里程提出了更高的标准，相对应的硅基负极材料在电池应用中的需求也将快速起量，硅负极产业也迎来了快速发展期。而由此带动的电池性能提升，势必将推动高端电动汽车在相应市场的快速渗透。