硅負(fù)極的能量密度是石墨碳負(fù)極的10倍，目前通過(guò)硅負(fù)極材料的引入來(lái)提升電池能量密度已是業(yè)界公認(rèn)的方向之一，日韓等大電芯廠商都在做硅負(fù)極電池的商業(yè)化，中國(guó)一些電池廠商也在跟蹤，但是至目前為止還沒(méi)有看到量產(chǎn)的產(chǎn)品。雖然都知道采用硅負(fù)極材料，但是各家的實(shí)現(xiàn)方式不一樣，這就是各自的know how了。

　　這里，有一家神秘美國(guó)Amprius Inc(安普瑞斯公司)已開(kāi)始在中國(guó)市場(chǎng)提供硅負(fù)極材料的高能量密度電池，去年底開(kāi)始供貨給深圳的一家手機(jī)公司，目前出貨已近十萬(wàn)，這應(yīng)該算是硅負(fù)極高能量密度電池的首個(gè)商用案例。

　　這家新興的公司雖然成立才五年(09年成立)，但是它的背景卻十分強(qiáng)大：前谷歌董事長(zhǎng)施密特參與了首輪投資，而技術(shù)的主要發(fā)明人則是美國(guó)斯坦福大學(xué)材料科學(xué)和工程系終身教授崔屹博士，在斯坦福大學(xué)還有一個(gè)“崔屹實(shí)驗(yàn)室”。

　　崔屹畢業(yè)于中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)，美國(guó)哈佛大學(xué)博士。目前安普瑞斯公司已獲得多個(gè)知名投資機(jī)構(gòu)的青睞，除了谷歌董事長(zhǎng)施密特外，包括美國(guó)Trident資本、美國(guó)VPCP資本、美國(guó)KPCB資本等都已是他們的投資人，而美國(guó)前能源部長(zhǎng)諾貝爾物理獎(jiǎng)獲得者朱棣文博士也是它的董事之一。

　　安普瑞斯到底有什么“know how”，讓它成為硅負(fù)極高能量密度電池的首個(gè)商用公司，讓這么多大腕爭(zhēng)相參投？它能帶來(lái)的能量密度到底有多少提升呢？

　　“核-殼”結(jié)構(gòu)突破量產(chǎn)障礙，能量密度提升40%

　　“硅負(fù)極材料目前面臨的最大挑戰(zhàn)是控制硅膨脹，業(yè)界想了很多辦法來(lái)克服硅膨脹。而崔屹博士發(fā)明了核 – 殼硅納米線結(jié)構(gòu)，成功克服了控制硅膨脹。”安普瑞斯員工何向陽(yáng)介紹，“形象的比喻就是做成雞蛋的形狀，在硅的外面包一層碳的“蛋清”，從而控制了膨脹。”(如下圖一)。

　　圖中第一個(gè)圖的架構(gòu)是第一代產(chǎn)品，目前已經(jīng)上市，能量密度可以做到650WH/L，比目前市場(chǎng)上普通的電池能量密度高出約20%左右。第二個(gè)圖是馬上要量產(chǎn)的第二代產(chǎn)品結(jié)構(gòu)，比第一代產(chǎn)品的能量密度能再提升10%-20%。但是，嚴(yán)格上來(lái)說(shuō)，這兩種結(jié)構(gòu)還不是純硅負(fù)極，而是硅碳混合負(fù)極。

　　“我們目前在研發(fā)的第三代產(chǎn)品才是純硅負(fù)極材料，它需要用全新的電芯生產(chǎn)線來(lái)生產(chǎn)，設(shè)備都需要我們自己研發(fā)，它會(huì)采用半導(dǎo)體晶園生長(zhǎng)的方式來(lái)實(shí)現(xiàn)硅我負(fù)極材料的生成，這個(gè)能量密度將可達(dá)到 900WH/L，預(yù)計(jì)明年可以進(jìn)行小批量試產(chǎn)。”他解釋。“以目前的石墨碳負(fù)極電池的能量密度，達(dá)到600WH/L差不多已到極限，而采用硅負(fù)級(jí)能迅速讓電池能量密度提升。”何向陽(yáng)解釋。(如下圖二)

　　安普瑞斯目前第一代電池的生產(chǎn)，和馬上的二代電池的生產(chǎn)，都外包給中國(guó)的一家電芯廠商(也是蘋(píng)國(guó)的電芯供應(yīng)商，名字昌旭就不提了)，安普瑞斯自己沒(méi)有生產(chǎn)，只是在南京安普瑞斯設(shè)有中試設(shè)備。但是，第三代產(chǎn)品將會(huì)自己生產(chǎn)，工廠地可能會(huì)設(shè)在無(wú)錫。除了上面提到的一家中國(guó)手機(jī)公司開(kāi)始采用他們的第一代產(chǎn)品，安普瑞斯已完成多項(xiàng)國(guó)際領(lǐng)先智能手機(jī)OEM的電池設(shè)計(jì)項(xiàng)，當(dāng)然會(huì)在第二代產(chǎn)品中采用。如果可能的話，谷歌眼鏡也是非常有可能的對(duì)象。

　　安普瑞斯創(chuàng)始人崔屹仍在美國(guó)，引導(dǎo)美國(guó)的團(tuán)隊(duì)進(jìn)行未來(lái)材料相關(guān)的研發(fā)，南京安普瑞斯則是進(jìn)行電芯研發(fā)，為客戶定制電池。除了上面提到的硅負(fù)極材料架構(gòu)會(huì)從目前的一代演進(jìn)到第三代外，崔屹還在引導(dǎo)硅負(fù)極電池電化學(xué)包括電解液，化成，預(yù)充鋰等材料的創(chuàng)新，同時(shí)也在研究“高電壓富鋰正極”等正極材料和技術(shù)的創(chuàng)新。

　　在正極技術(shù)方面，何向陽(yáng)稱隨著手機(jī)的輸出電壓不斷提升，以讓用戶在電池耗盡被迫關(guān)機(jī)前能多用1-2%的電量，未來(lái)輸出電壓可能會(huì)提升到4.5V，這會(huì)要求正極有非常強(qiáng)的保護(hù)層材料，他們已可以做到。另外，主芯片廠商要求的電池突發(fā)電流也越來(lái)越大，比如MTK已從原來(lái)的2A，到4A(MT6592)，未來(lái)的手機(jī)芯片還可能要求電池突發(fā)電流支持到7A，這對(duì)電化學(xué)平臺(tái)有新的要求，這也是他們的研究方向。如下圖。

　　當(dāng)然，他們的下一步是動(dòng)力電池，現(xiàn)在全球特斯拉汽車刮起的旋風(fēng)，加速了他們?cè)趧?dòng)力電池上的研發(fā)進(jìn)程。“我們的動(dòng)力電池采用硫正極-硅負(fù)極，會(huì)比目前的一些普通鋰動(dòng)力電池能量密度提升2倍。”何向陽(yáng)稱，他們目前已小試出來(lái)的動(dòng)力電池，能量密度可達(dá)350Ah/gk。他們今年已在中國(guó)設(shè)立動(dòng)力電池子公司，從屬于南京安普瑞斯公司。