特斯拉400Wh/kg动力电池,或在3到4年内批量生产

作者:电工吧 日期:2020-09-14 21:34:18 人气: 栏目:市场动态

天下电池,唯高能量密度不破?

特斯拉CEO马斯克在推特上又透露了一个动力电池的重磅信息,信息主要体现在:

能量密度400Wh/kg;具有高循环寿命;批量生产在即(不止存在于实验室中);可能需要3到4年。

也就是说,该动力电池寿命长,能量密度高,或在3到4年内批量生产。

特斯拉400Wh/kg动力电池,或在3到4年内批量生产(图1)

特斯拉Model3中使用的松下2170电池的能量密度在2018年底约为250Wh/kg,而最近的估计则为260Wh/kg。因此,如果这些估算正确的话,400Wh/kg意味着特斯拉电池能量密度提高50%。

马斯克曾多次表示,电池的能量密度需要提高到400Wh/kg以上才能实现可行的商业电动飞行。所以,这款电池很有可能会被装载到电动飞机上?

值得注意的是,松下对《路透社》透露,它计划在5年内将其为特斯拉提供的2170电池的能量密度提高20%。这与马斯克暗示的〜50%的改善还相距甚远。或许,这意味着特斯拉期望自己实现这一成就。

靠近特斯拉秘密实验室?

实际上,创造这项新电池技术的公司是一家叫做Amprius的前沿电池制造公司。它就是幕后的“大脑”。

特斯拉400Wh/kg动力电池,或在3到4年内批量生产(图2)

而发现特斯拉新电池技术幕后公司的过程也是非常有趣。据了解,特斯拉先在官网上发布一张背景为黑色,布满白色散点形成的沙丘状条线,印有“2020AnnualMeetingofStockholdersandBatteryDay”的宣传图。这张宣传图引发海外人士的兴趣,于是他们深扒了图片,最终揭示出它的隐藏的秘密。

他们从海报中去掉背景和文字,修改对比度,之后通过谷歌搜索,发现整个图形接近一种硅纳米线的材料。这种材料就指向Amprius公司。

到这里事情还没有结束。这家公司与特斯拉又有什么关系?

根据一份弗里蒙特的分区管理许可报告,Amprius的设计、研发、制造子公司AmpriusTechnologies作为申请人,寻求在海湾工业区建立锂离子电池研发设施。Amprius从事研发高空无人机和飞行出租车等航空航天器所需的锂离子电池。

航拍图片显示,Amprius选址的北方就是特斯拉位于PageAve和KatoRoad的电池制造工厂和秘密电池实验室。它直接将办公室搬到了特斯拉电池实验室,同时特斯拉也将在该工厂举办电池日活动。

特斯拉400Wh/kg动力电池,或在3到4年内批量生产(图3)

AmpriusTechnologies选址

Amprius有何独到之处?

Amprius在官网上给自己的定位是“能量密度和循环寿命的游戏改变者”。它用来彻底改变电池,创造最高能量密度锂离子电池的技术是100%硅纳米线技术。

Amprius将纳米技术和电池的电化学结合起来,并研究该项技术的实际应用价值。“AmpriusTechnologies电池是在包含100%硅纳米线阳极的专利技术平台上开发的,与任何其他锂离子电池技术相比,它以更少的重量和体积提供了更多的能量和功率。AmpriusTechnologies电池提供的能量密度比带有碳阳极的标准锂离子电池高出50%。”

使用电子显微镜扫描的AmpriusTechnologies的硅纳米线阳极的横截面图像

其实,这项技术研究方向自它的成立就确定了下来。其创始人崔屹,斯坦福大学华人教授,在哈佛大学和加州伯克利大学读博和从事博士后研究期间,从事纳米材料的合成工作。后经劳伦斯伯克利国家实验室主任StevenChu的启发,他开始将纳米技术与电池结合起来。

他认为,锂离子电池的主要限制因素是可以保留在电池电极中的锂量。在常规电池中,阳极由石墨制成,但它存储的能量有限制。硅的存储容量约为石墨的10倍,但它有一个主要缺点:充电时,硅会急剧膨胀,导致硅破裂并使电池失效。一些公司试图将硅与石墨混合,但是这些电池无法发挥硅可能具有的100%存储容量能力。

特斯拉400Wh/kg动力电池,或在3到4年内批量生产(图4)

来自Amprius官网

2007年,斯坦福大学的研究人员发现,利用纳米技术,他们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。它的优势在于:

活性硅含量最高的材料——100%的硅:由于硅是能量密度的最佳材料,因此纳米线技术使用100%的硅意味着可以提供当今世界上能量密度最高的电池。

高导电性和连接性:Amprius的硅无需粘合剂即可直接连接至基材。这意味着没有任何东西可以阻止电流流动。纳米线技术具有市场上最高的能量/功率比。

出色的循环寿命:AmpriusTechnologies100%硅纳米线电池具有出色的循环寿命,并且会不断提高。在包括美国国家实验室和主要航空航天公司在内的多个组织的实际使用中已经证明了这一点。

据其官网图片显示,Amprius的硅纳米线电池体积能量密度可达到1200~1400Wh/L,重量能量密度超过450Wh/kg。

特斯拉400Wh/kg动力电池,或在3到4年内批量生产(图5)

据报道,这项技术已经给它引来了超过1亿美元的融资,投资人包含美国最大风投公司KPCB、Trident投资公司、VantagePoint投资公司、Google前CEOEricSchmidt、InnovationEndeavors、SAIFPartners、盈富泰克、空中客车公司。

在中国也能同步?

除了美国本土的技术研发、合作、融资外,它最早从2011年在中国开始布局。

其中,它在南京开设两家公司,安普瑞斯(南京)航运动力有限公司,负责技术进出口、船用配套设备制造、电池制造、销售、新能源汽车换电设施销售等;安普瑞斯(南京)动力能源有限公司负责技术进出口、电池制造、电池销售。

特斯拉400Wh/kg动力电池,或在3到4年内批量生产(图6)

2014年,Amprius与和无锡产业发展集团有限公司共同出资组建安普瑞斯无锡有限公司,投资总额2亿美元,主营电池系统管理软件技术的研发、消费类电子产品的锂离子电池的开发、生产、以及上述产品的批发、进出口业务及售后维护服务等。据说它的产品已用于部分移动设备中。

当透视Amprius后,可以发现它与Maxwell的干电极技术和超级电容存在极大的相似之处:推崇具有深意的新电池技术,大力提高能量密度,以及对特斯拉电池性能的提高短时间内不会有立竿见影的作用。

或许正因如此,马斯克在推特里没有非常确信,而是用了“Probably3to4years”。

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