中國儲能網(wǎng)訊：新能源產(chǎn)業(yè)鏈最核心的動力電池賽道近日迎來重大突破。
美國Amprius公司宣布，第一批超高能量密度的鋰電池單元已經(jīng)出貨，在比能量（單位電極放出的能量）和能量密度上均實現(xiàn)重大突破。這款鋰電池的電池密度達到450Wh/kg（1150 Wh/l），是目前可用電池中能量密度最高的鋰電池。
這款鋰電池將被應用于新一代的高空偽衛(wèi)星（HAPS），之所以稱為高空偽衛(wèi)星，是因為它們飛行在地球上方數(shù)十公里處，但并未完全繞軌道運行。“這是目前世界上能量密度最高的商業(yè)化電池單元?！盇mprius公司表示，“在先進的航空航天領(lǐng)域中應用這款顛覆性的電池，肯定了Amprius是現(xiàn)有最高能量密度電池的領(lǐng)先供應商?！庇捎贏mprius研發(fā)的超高密度電池成本較為高昂，目前主要應用于高空無人機等航空航天領(lǐng)域，尚未進入新能源電動車領(lǐng)域。
對此，Amprius在其官網(wǎng)上表示：“我們正在積極擴大硅陽極制造的規(guī)模，以使更多行業(yè)能夠利用我們的產(chǎn)品。目前，高性能鋰離子電池正用于高端關(guān)鍵領(lǐng)域，隨著制造能力的增長，很快將擴展到電動汽車和消費類應用?！?
Amprius沒有透露現(xiàn)有的具體產(chǎn)能。該公司位于加利福尼亞州弗里蒙特的電池工廠生產(chǎn)規(guī)模有限，計劃在本季度進行第一個大批量生產(chǎn)設(shè)施的選址，預計到2024年將大幅增加產(chǎn)能。
根據(jù)Enpower數(shù)據(jù)，目前特斯拉Model 3使用的松下2170電池屬于全球領(lǐng)先水平，能量密度達到260 Wh/kg（730 Wh/l）。同等重量下，Amprius鋰電池的能量密度高出73%，體積卻減少了37%。
特斯拉創(chuàng)始人埃隆·馬斯克曾在2020年8月預測：“只需3-4年就能實現(xiàn)400Wh/kg能量密度的電池單元，也就是在2023-2024年，電池重量將大大減輕。”在兩年后的2022年，Amprius已經(jīng)實現(xiàn)了450 Wh/kg能量密度的電池，遠遠超出了馬斯克的預期。
值得注意的是，2020年，Amprius將總部遷到了距離特斯拉弗里蒙特電池工廠只有幾百英尺的地方。盡管馬斯克曾在推特上否認特斯拉與Amprius的關(guān)系，但不排除未來二者進行深入合作的可能性。
在特斯拉2020年9月發(fā)布的電池日活動的注冊頁面，背景圖片就是新電池材料硅納米線的結(jié)構(gòu)圖，這也正是Amprius電池的核心技術(shù)。盡管后來這一技術(shù)并未正式亮相，但有不少媒體猜測，特斯拉與Amprius存在幕后合作的關(guān)系。Amprius創(chuàng)立于2008年，創(chuàng)始人崔屹是斯坦福大學華人教授，在哈佛大學和加州伯克利大學讀博和從事博士后研究期間，從事納米材料的合成工作，并開始將納米技術(shù)與電池結(jié)合起來。該公司在官網(wǎng)上的定位是“能量密度和循環(huán)壽命的游戲改變者”，建立初期的目標就是“生產(chǎn)出能量密度是當今鋰離子電池兩倍的電池”。
2020年發(fā)表在《自然》雜志上的一篇論文指出：“與傳統(tǒng)使用的石墨陽極（372 mAh/g）相比，硅（Si）被認為是最有前景的鋰離子電池負極材料之一，因為它具有較高的重量理論鋰存儲容量（3579 mAh g），同時還具有相對較低的放電電壓?！?
崔屹認為，在常規(guī)電池中陽極由石墨制成，但它存儲的能量有限制。硅的存儲容量約為石墨的10倍，但有一個明顯缺點：充電時，硅會急劇膨脹，導致硅破裂并使電池失效。
資料顯示，硅納米線技術(shù)的研發(fā)方向早在Amprius公司成立之初便已確定，利用納米技術(shù)，能夠在微小的硅納米線中存儲鋰，這些納米線的厚度約為一張紙的千分之一，硅納米線吸收鋰后仍會膨脹，但納米技術(shù)可防止硅破裂，可以實現(xiàn)市場上最高的能量/功率比。
據(jù)華寶證券研報，硅納米線指的是寬度在10納米左右、長度無限制的材料，是一種新型的一維半導體納米材料。中信建投也分析稱，將硅納米線應用于鋰電負極，體現(xiàn)出了若干理論優(yōu)勢：具備離子、電子通路；適應嵌鋰前后的體積變化；利于電解液滲透和儲存；具備較高活性物質(zhì)利用率。
在過去的幾年中，Amprius研究團隊通過納米線技術(shù)制成硅陽極，并用空心硅納米顆粒逐漸提高了硅陽極的耐久性。據(jù)Amprius公司介紹，這款新電池之所以能夠?qū)崿F(xiàn)如此高的能量密度，主要是因為該公司專有的硅納米線（Si-Nanowire）技術(shù)，直接用100%硅納米線陽極取代了傳統(tǒng)的石墨陽極。由于硅是能量密度的最佳材料，Amprius的100％硅納米線電池將具有更高的能量密度和功率，并且比一般鋰電池充電速度更快、循環(huán)壽命更長，在美國國家實驗室、航空航天公司等的實際使用中已經(jīng)證明了這一點。
正因如此，這項技術(shù)早在2020年就已吸引了超過1億美元的融資，投資人包含美國最大風投公司KPCB、Trident投資公司、VantagePoint投資公司、Google前CEO Eric Schmidt、Innovation Endeavors、SAIF Partners、盈富泰克、空中客車公司。
2021年11月，Amprius宣布量產(chǎn)405Wh/kg能量密度的電池。短短幾個月的時間，其電池能量密度就提升了超過10%。2021年12月，該公司宣布其370Wh/kg版本的電池可以達到六分鐘內(nèi)從0%充電到80%。但硅納米線技術(shù)也并非十全十美。中信建投指出，Amprius實用化的負極產(chǎn)品是“核-殼”結(jié)構(gòu)硅碳負極，估計該硅納米線距離較低成本量產(chǎn)并制得高性能全電池還需要相當長的時間。未來隨著正負極、電解液、隔膜和電池單體共同發(fā)力，才可能實現(xiàn)它的性能目標。再考慮到成本問題，實際局面更復雜。
華寶證券也指出，在石墨負極相對成熟度較高的條件下，僅高鎳三元正極的規(guī)?；瘧脷v時就不止3-4年，而獲得量產(chǎn)400Wh/kg能量密度電池所難度要遠高于研發(fā)、生產(chǎn)高鎳三元正極。Amprius的硅納米線距離較低成本量產(chǎn)并制得高性能全電池預計還需要時間。
