高能量密度电池商用,前谷歌董事长投资

2014-04-14 16:49:21来源: 电子工程专辑

       硅负极的能量密度是石墨碳负极的10倍,目前通过硅负极材料的引入来提升电池能量密度已是业界公认的方向之一,日韩等大电芯厂商都在做硅负极电池的商业化,中国一些电池厂商也在跟踪,但是至目前为止还没有看到量产的产品。虽然都知道采用硅负极材料,但是各家的实现方式不一样,这就是各自的know how了。






      这里,有一家神秘美国Amprius Inc(安普瑞斯公司)已开始在中国市场提供硅负极材料的高能量密度电池,去年底开始供货给深圳的一家手机公司,目前出货已近十万,这应该算是硅负极高能量密度电池的首个商用案例。这家新兴的公司虽然成立才五年(09年成立),但是它的背景却十分强大:前谷歌董事长施密特参与了首轮投资,而技术的主要发明人则是美国斯坦福大学材料科学和工程系终身教授崔屹博士,在斯坦福大学还有一个“崔屹实验室”。崔屹毕业于中国科学技术大学,美国哈佛大学博士。目前安普瑞斯公司已获得多个知名投资机构的青睐,除了谷歌董事长施密特外,包括美国Trident资本、美国VPCP资本、美国KPCB资本等都已是他们的投资人,而美国前能源部长诺贝尔物理奖获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”,让它成为硅负极高能量密度电池的首个商用公司,让这么多大腕争相参投?它能带来的能量密度到底有多少提升呢?


“核-壳”结构突破量产障碍,能量密度提升40%

      “硅负极材料目前面临的最大挑战是控制硅膨胀,业界想了很多办法来克服硅膨胀。而崔屹博士发明了核 – 壳硅纳米线结构,成功克服了控制硅膨胀。”安普瑞斯员工何向阳介绍,“形象的比喻就是做成鸡蛋的形状,在硅的外面包一层碳的“蛋清”,从而控制了膨胀。”(如下图一)。图中第一个图的架构是第一代产品,目前已经上市,能量密度可以做到650WH/L,比目前市场上普通的电池能量密度高出约20%左右。第二个图是马上要量产的第二代产品结构,比第一代产品的能量密度能再提升10%-20%。但是,严格上来说,这两种结构还不是纯硅负极,而是硅碳混合负极。“我们目前在研发的第三代产品才是纯硅负极材料,它需要用全新的电芯生产线来生产,设备都需要我们自己研发,它会采用半导体晶园生长的方式来实现硅我负极材料的生成,这个能量密度将可达到 900WH/L,预计明年可以进行小批量试产。”他解释。“以目前的石墨碳负极电池的能量密度,达到600WH/L差不多已到极限,而采用硅负级能迅速让电池能量密度提升。”何向阳解释。(如下图二)

      安普瑞斯目前第一代电池的生产,和马上的二代电池的生产,都外包给中国的一家电芯厂商(也是苹国的电芯供应商,名字昌旭就不提了),安普瑞斯自己没有生产,只是在南京安普瑞斯设有中试设备。但是,第三代产品将会自己生产,工厂地可能会设在无锡。除了上面提到的一家中国手机公司开始采用他们的第一代产品,安普瑞斯已完成多项国际领先智能手机OEM的电池设计项,当然会在第二代产品中采用。如果可能的话,谷歌眼镜也是非常有可能的对象。


 

     安普瑞斯创始人崔屹仍在美国,引导美国的团队进行未来材料相关的研发,南京安普瑞斯则是进行电芯研发,为客户定制电池。除了上面提到的硅负极材料架构会从目前的一代演进到第三代外,崔屹还在引导硅负极电池电化学包括电解液,化成,预充锂等材料的创新,同时也在研究“高电压富锂正极”等正极材料和技术的创新。

     在正极技术方面,何向阳称随着手机的输出电压不断提升,以让用户在电池耗尽被迫关机前能多用1-2%的电量,未来输出电压可能会提升到4.5V,这会要求正极有非常强的保护层材料,他们已可以做到。另外,主芯片厂商要求的电池突发电流也越来越大,比如MTK已从原来的2A,到4A(MT6592),未来的手机芯片还可能要求电池突发电流支持到7A,这对电化学平台有新的要求,这也是他们的研究方向。如下图。





    当然,他们的下一步是动力电池,现在全球特斯拉汽车刮起的旋风,加速了他们在动力电池上的研发进程。“我们的动力电池采用硫正极-硅负极,会比目前的一些普通锂动力电池能量密度提升2倍。”何向阳称,他们目前已小试出来的动力电池,能量密度可达350Ah/gk。他们今年已在中国设立动力电池子公司,从属于南京安普瑞斯公司。




关键字:谷歌  高能量密度电池  硅负极

编辑:刘东丽 引用地址:http://www.eeworld.com.cn/xfdz/2014/0414/article_32337.html
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