网络知识 科技 硅负极材料新技术带来突破!或将成为崔屹的纳米硅公司竞争对手

硅负极材料新技术带来突破!或将成为崔屹的纳米硅公司竞争对手

要想实现锂离子电池能量密度进一步提升,硅负极的使用不可避免。

为了解决硅负极的制造难题,斯坦福大学崔屹教授创建了Amprius公司,Amprius完善了这一技术,实现了世界上第一个100%硅纳米线锂离子电池负极。

2021年,这个崔屹教授建立的公司做出的100%硅负极锂电池实现了能量密度370 Wh/kg,并且充电时,从0充电到80%,仅用6分钟,这种电池在当前的手机快充以及电动车的快充中有非常好的应用前景。此外,Amprius还开发了具有低成本的硅碳复合负极,电池能量密度达到350 Wh/kg。

硅负极材料新技术带来突破!或将成为崔屹的纳米硅公司竞争对手

最近Amprius公司宣布,已经生产了第一批超高能量密度的锂电池,在比容量和能量密度上都实现了重大的突破,该款锂电池的电池密度达到450 Wh/kg(1150 Wh/l),是目前可用电池中能量密度最高的锂电池。

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最近,另一家美国初创公司也在硅负极上取得了突破,公司名为OneD Battery Sciences,他们开发了一种名叫SINANODE的工艺。

使用硅负极的常用的方法包括将氧化硅颗粒或碳包覆的纳米硅颗粒与石墨混合。这些方法依靠特殊的聚合物来稳定或防止硅破裂和失去电接触。它们受到一个或多个关键因素的限制:硅的添加量或可获取量、制造规模或成本,以及与整个电动汽车供应链的大规模投资缺乏兼容性。

此外,这些解决方案必须是单一来源的,不能让电动汽车制造商提供完全差异化、定制化的高性能电动汽车电池,这些电池是由多个材料供应商提供的多家工厂生产的。

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SINANODE工艺只使用硅烷、氮和适量的电力,就像把电线插入插座一样,将硅纳米线直接连接到石墨上。当带电时,硅纳米线保持柔韧,不会破裂。由于每个石墨颗粒上都有成千上万根纳米线,硅将阳极的能量密度提高了两倍。

硅负极地利用最大问题是成本,其中包含硅颗粒或者纳米硅的前体成本,资本设备和制造成本。SINANODE重新定义了电池的性能和成本,同时充分利用了当前价值链的各个方面,包括已经大规模生产的石墨粉末和现有的制造工艺。

事实上,SINANODE过程与使用哪种石墨以及石墨颗粒的大小无关。在SINANODE过程中,硅的均匀分散与颗粒大小无关。

使用成熟的生产设备,可以获得高产量硅烷,并降低阳极成本。更重要的是,由此产生的硅-石墨复合负极材料可以立即用于现有的工业规模的电极涂层设备,并且与其他材料、电池设计规范和目前电动汽车电池工厂使用的工艺兼容。

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更令人惊讶的是,在微米大小的石墨颗粒上添加微小的硅纳米线,略微缩小了纯石墨衬底的BET表面积。复合粉末中颗粒的尺寸分布与纯石墨中的分布相同。因此,混合和浆液流变得易于微调,无论是在使用湿涂层的大型电极涂层机中,还是在较新的、成本低得多的干涂层工艺中,浆料都能分布均匀。

SINANODE中试产能为300吨,20%硅和80%石墨负极材料为锂电池提供1 GWh的储能容量。当与纯石墨混合时,硅纳米线/石墨复合材料获得了更高的首次循环效率,而成本甚至比目前生产的最高能量密度的电动汽车电池更低。它的独特表现在2019年和2020年被领先的电动汽车公司证实,为实现大规模生产目标铺平了道路。

多年来,OneD一直致力于提高产量并简化制造工艺,以便能够获得成本最低的硅解决方案,当前,增加一千瓦时的可逆硅容量成本仅为1.6美元。

目前该公司正在建造大型加工厂,以支持SINANODE加工的石墨阳极材料的生产,为每年生产数百万辆电动汽车提供电池保障。

参考文献:DOI:10.1038/nnano.2014.6

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