七年来，一家位于加利福尼亚州阿拉米达的初创公司一直在悄悄地研究一种有望显着提高锂离子电池性能的新型负极材料。
Sila Nanotechnologies 于 2018 年初从隐身模式中脱颖而出，与宝马合作，到 2023 年将公司的硅基阳极材料用于至少部分德国汽车制造商的电动汽车。宝马发言人 告诉 ， 华尔街日报 该公司预计该交易将使您可以装入给定体积的电池中的能量增加 10% 到 15%。 Sila 的首席执行官 Gene Berdichevsky 表示，这些材料最终可以产生多达 40% 的改进（参见“ 35 位 35 岁以下的创新者：Gene Berdichevsky ”）。
对于电动汽车来说，所谓的能量密度增加要么显着延长单次充电的里程范围，要么降低达到标准范围所需的电池成本。 对于消费类电子产品，它可以减轻手机无法使用一天的挫败感，或者它可以实现耗电的下一代功能，例如更大的相机或超高速 5G 网络。
研究人员花费了数十年的时间来提高锂离子电池的能力，但这些收益通常一次只能达到几个百分点。 那么 Sila Nanotechnologies 是如何实现如此大的飞跃的呢？
身为特斯拉七号员工的 Berdichevsky 和 Gleb Yushin 乔治亚理工学院材料科学教授 MIT Technology Review 。
Sila 联合创始人（从左到右）Gleb Yushin、Gene Berdichevsky 和 Alex Jacobs
阳极是电池的负极，在这种情况下，当电池充电时，它会储存锂离子。 长期以来，工程师们一直认为，硅作为负极材料具有巨大的潜力，原因很简单：它可以与石墨结合 25 倍以上的锂离子，而石墨是当今锂离子电池中使用的主要材料。
但这也有一个很大的问题。 当硅容纳如此多的锂离子时，它的体积会膨胀，从而以一种倾向于使其在充电过程中破碎的方式对材料施加压力。 这种膨胀还会引发降低电池性能的电化学副反应。
2010 年，Yushin 与人合着写了一篇科学 论文 ，该论文确定了一种生产刚性硅基纳米粒子的方法，这种纳米粒子内部多孔，足以适应显着的体积变化。 他与 Berdichevsky 和另一位前特斯拉电池工程师 Alex Jacobs 合作，于次年成立了公司 Sila。
从那以后，该公司一直致力于将这一基本概念商业化，开发、生产和测试数以万计不同品种的日益复杂的阳极纳米粒子。 它找到了改变内部结构以防止电池电解质渗入颗粒中的方法，并在能量密度方面实现了数十次增量增益，最终比现有最佳技术提高了约 20%。
最终，Sila 创造了一种坚固的、微米级的球形颗粒，其具有多孔芯，可引导内部结构内的大部分膨胀。 在充电过程中，颗粒的外部不会改变形状或大小，从而确保正常的性能和循环寿命。
由此产生的复合阳极粉末可作为现有锂离子电池制造商的嵌入式材料。
使用任何新的电池技术，至少需要五年时间才能通过汽车行业的质量和安全保证流程——因此与 BMW 合作的时间表是 2023 年。 但 Sila 在消费电子产品方面走得更快，它预计明年初将看到带有其电池材料的产品上架。
卡内基梅隆大学的机械工程师 Venkat Viswanathan 表示，Sila 正在“取得巨大进步”。 但他警告说，一项电池指标的提升往往是以牺牲其他指标为代价的——比如安全性、充电时间或循环寿命——而且在实验室中有效的东西并不总是能完美地转化为最终产品。
包括 Enovix 和 Enevate 在内的公司也在开发以硅为主的负极材料。 与此同时，其他企业正在寻求完全不同的途径来实现更高容量的存储，特别是包括固态电池。 它们使用玻璃、陶瓷或聚合物等材料来代替液体电解质，这有助于在阴极和阳极之间携带锂离子。
宝马还 与 科罗拉多大学博尔德分校的衍生公司 Solid Power 合作，该公司声称其依靠锂金属阳极的固态技术可以存储比传统锂离子电池多两到三倍的能量。 与此同时，最近 筹集 了 6500 万美元的 Ionic Materials 开发了一种固体聚合物电解质，它声称可以制造更安全、更便宜的电池，该电池可以在室温下运行，也可以与锂金属一起使用。
一些电池专家认为，如果研究人员能够克服一些巨大的技术障碍，固态技术最终有望在能量密度方面获得更大的收益。
但 Berdichevsky 强调，Sila 的材料现在已经为产品做好了准备，而且与固态锂金属电池不同，电池制造商不需要任何昂贵的设备升级。
随着公司开发出更多方法来限制硅基颗粒的体积变化，Berdichevsky 和 Yushin 相信他们将能够进一步提高能量密度，同时还可以改善充电时间和延长循环寿命。
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