初创公司为锂离子电池提供硅解决方案 | 智能技术

发布日期：2020-01-02 10:00
新奥尔良初创公司Advano大量生产硅纳米颗粒。



从Advano的硅颗粒中生长出来的细纤维为在充电和放电过程中体积变化提供了机械支撑。

如果您用硅代替阳极中的石墨，则可以在锂离子电池阳极中充满更多能量。硅具有大约10倍的存储容量。
但是，硅在充电过程中会膨胀，这会破坏电池的内向性。石墨几乎不会膨胀，因为在充电过程中，石墨会将进入的锂离子在其单原子层之间滑动。该过程称为插层，不涉及任何化学变化。但是与硅不同：硅和锂结合形成硅化锂，这是一种庞大的合金。
许多公司正试图通过微调硅片或微粒的微观结构来规避这一问题，通常是通过自下而上地构建事物。我们已经写了其中的一些文章，包括Sila Nanotechnologies，Enovix和  XNRGI。
现在是新奥尔良的初创公司Advano，该公司拥护自上而下的方法。关键是要生产可能不太精细但仍然足够好的硅颗粒，并大量生产小点。
“我们从散装材料开始，减少尺寸；就像磨削一样，它可以无限扩展。” Advano的创始人Alexander L. Girau说道。“的确，您得到的尺寸分布范围很广；它不像自下而上的过程那样可控，自下而上的过程是从气体或液体开始，然后使其自组装。同样，这将是一种精美的，经过微调的材料。但是，你到底如何扩展？”
规模是材料公司的一切，而材料正是Advano的宗旨。除了用于研究的有限数量的电池，它不生产电池，甚至不制造阳极。它关注的是硅颗粒，可以按吨制造它们。
Advano开始使用的散装材料是经过重新利用的硅，例如太阳能电池板。它将其加工成硅纳米颗粒，然后将这些颗粒掺入微米级的碳基质中。化学处理使碳化硅纤维从每个粒子中向外生长，从而为材料提供机械支撑。
“我们的年生产能力为一吨，我们正在完成的设备至少要生产10吨，” Girau说。“我们可以扩大到数千吨。那是最高的生产能力-我们实际上每天要生产公斤，这是客户想要测试的。”
一千吨硅仅够存储5吉瓦小时的锂离子电池。一个BloombergNEF 研究 ，在车辆和固定装置安装蓄电能力的项目将升至4600万千瓦时，到2040年，从只有17亿千瓦时，2018年。
Advano开始使用的散装材料是经过重新利用的硅，例如太阳能电池板。它将其加工成硅纳米颗粒，然后将这些颗粒掺入微米级的碳基质中。化学处理使碳化硅纤维从每个粒子内向外生长，从而在表面上产生一种桃状绒毛。绒毛与其他粒子上的绒毛联系在一起，提供机械支撑。
“它看起来像石墨，我们可以像石墨一样加工它，但是里面有硅，” Girau说。“而且我们保护硅表面不被降解。”
电池制造商可以将这些粉末放入各种浓度的石墨阳极中。浓度越高，存储容量越大。
“为了获得更快的充电速率，我们会烘烤更多，以使其更具导电性，” Girau说。“当然，您总是在权衡某些东西–我们不知道所有的权衡，因为我们还没有这样做。烘焙更多将消耗更多的能量，这将使其变得更加昂贵。”
不同的客户将使用不同的比例，具体取决于他们要针对其优化的规格（纯粹的容量，循环寿命或安全性）。例如，如果客户需要电池在不进行冷却的情况下可持续进行1000次充电-充电循环，则硅可以构成阳极的15％，Girau说。但是对于某些消费电子产品中可能只需要250次充放电循环的电池而言，有可能使用70％甚至更高的硅。
使用全硅阳极本身应该可以使存储容量提高40％。您还可以通过重新设计阴极和电池的其他部分来做得更好。
Advano是一家只有20名员工的小公司，最初募集的资金仅为1200万美元，在这个行业中并不是一笔大数目。9月，它与日本电池材料公司三井（Mitsui）合作，后者为日本顶级OEM提供产品。
Girau建议，小型化有其优势。“我们可以更快地行动。坦白地说，许多电池公司都更关心发展现有的电池工厂。他们宁愿投资创业公司，也不愿自己投资。”