Enevate公司實(shí)現(xiàn)全硅負(fù)極儲(chǔ)能,獲得8100萬美元新一輪融資
分類:前沿資訊
- 作者:謝偉
- 發(fā)布時(shí)間:2021-03-22
【概要描述】其技術(shù)思路不同于其他硅負(fù)極材料公司,但是其長期循環(huán)穩(wěn)定性依然存疑。
Enevate公司于2005年在加州成立,創(chuàng)始人之一兼CTO Benjamin Park當(dāng)時(shí)還是加州大學(xué)爾灣分校的在讀博士生,他獲得博士學(xué)位之后繼續(xù)留校進(jìn)行博士后研究,同時(shí)兼顧公司,直到2008年才離開學(xué)校完全投入到公司的運(yùn)營中去。公司于2010和2011年分別獲得A輪與B輪融資,其后沉寂了好幾年。直到2017年推出成熟的硅負(fù)極電池材料,Enevate公司才再一次進(jìn)入大眾的視野,開始獲得新的投資。2021年2月,公司獲得有史以來最大的一筆投資8100萬美元,其投資公司里包括了尼桑與三菱合資的公司,LG化學(xué),三星,聯(lián)想等,又一次吸引了鋰離子電池界的關(guān)注。
Enevate最新推出的硅材料負(fù)極是第四代產(chǎn)品,據(jù)其CTO在采訪中稱這一代負(fù)極材料中硅的含量超過70%,全電池能量密度能達(dá)到340Wh/kg或800 Wh/L,且可穩(wěn)定運(yùn)行超過1000次充放電循環(huán)。由于其負(fù)極儲(chǔ)能材料主要是硅,所以其充放電速度遠(yuǎn)大于石墨負(fù)極電池,在實(shí)驗(yàn)室中可以達(dá)到5分鐘充滿75%的電,有望解決電動(dòng)車快充的問題。新一輪的融資將用于建立生產(chǎn)線,預(yù)計(jì)將在2024年投產(chǎn),其電池材料有望在2025年開始裝備合作公司的電動(dòng)車電池。
Enevate在公司網(wǎng)站上簡略介紹了其硅負(fù)極材料的一些特點(diǎn)。如下圖所示,其生產(chǎn)工藝可以直接在導(dǎo)電銅箔的兩側(cè)涂布上10-60微米厚的多孔結(jié)構(gòu)含硅材料,完全不使用高分子粘接劑——這一點(diǎn)比較出乎意料,因?yàn)楣璨牧系某浞烹婓w積膨脹收縮通常會(huì)造成顆粒間失去物理連接,從而失去導(dǎo)電性,高分子粘結(jié)劑是解決這個(gè)問題的一個(gè)常用手段。公司并未就這一特點(diǎn)進(jìn)行過多的解釋,因而也會(huì)讓人們對(duì)其電池的長期穩(wěn)定性存疑。
CTO在采訪中提到其硅負(fù)極的另一個(gè)特點(diǎn)是,雖然硅元素只占到負(fù)極材料的70%,但通過電池設(shè)計(jì)可以讓負(fù)極的能量只儲(chǔ)存在硅材料中,而剩下的30%碳材料完全不參與儲(chǔ)能作用,只提供物理支架作用。這是因?yàn)楣璧某潆婋妷旱陀谔?,所以充電時(shí)鋰離子會(huì)優(yōu)先存儲(chǔ)到硅材料中,直到硅的存儲(chǔ)達(dá)到極限才開始向碳材料中存儲(chǔ)。Enevate將負(fù)極材料的儲(chǔ)能量設(shè)計(jì)得遠(yuǎn)大于正極,這樣當(dāng)正極儲(chǔ)能達(dá)到上限時(shí),負(fù)極中的儲(chǔ)能連硅都還沒充滿,這樣既保證了鋰離子只進(jìn)入硅材料,同時(shí)也避免硅顆粒的膨脹倍率過大而造成永久損傷。
由于公司網(wǎng)站沒有對(duì)其含硅多孔結(jié)構(gòu)材料有過多的描述,我們對(duì)Enevate公司申請(qǐng)的專利進(jìn)行了分析,發(fā)掘出其含硅多孔材料的進(jìn)一步信息。如下圖專利中描述的生產(chǎn)工藝所示,Enevate將硅顆粒與高分子前驅(qū)物混合在一起,然后通過高溫碳化將高分子前驅(qū)物轉(zhuǎn)化成純碳的多孔結(jié)構(gòu)支架,硅顆粒則被包裹分散在碳多孔結(jié)構(gòu)中,利用周圍的多孔空隙自由膨脹而不會(huì)破壞負(fù)極涂層的整體結(jié)構(gòu)。
在另一項(xiàng)專利中,Enevate也提到為了保護(hù)硅顆粒不與電解質(zhì)直接接觸,他們也會(huì)在硅顆粒的表層鍍上一層碳化硅膜和一層純碳膜。不過這種保護(hù)措施的穩(wěn)定性令人表示懷疑,因?yàn)檫@兩種材料都是剛性膜,當(dāng)硅顆粒膨脹收縮時(shí),兩者均很難保證擴(kuò)張的完整性。所以這又回到了本文開頭的一個(gè)疑點(diǎn),這項(xiàng)硅材料負(fù)極的長期穩(wěn)定性是否能有保證。
不管怎樣,Enevate提供了一種新的制造硅負(fù)極材料的思路。正如其CTO在采訪中所說,他們的工藝不需要使用高純的硅顆粒,因?yàn)槟艽蟠蠼档蜕a(chǎn)成本,讓全硅負(fù)極材料成為可能應(yīng)用到電動(dòng)車領(lǐng)域的技術(shù)。
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參考文獻(xiàn):
1. Enevate公司官網(wǎng)www.enevate.com
2. 美國專利10622620,Methodsof forming composite material films
3. 美國專利申請(qǐng)20200227738,Surfacemodification of silicon particles for electrochemical storage
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作者簡介:
謝偉博士,清華大學(xué)材料學(xué)學(xué)士和碩士,美國德克薩斯大學(xué)(奧斯?。┗瘜W(xué)工程博士。主要從事儲(chǔ)能電池開發(fā)工作,先后在跨國企業(yè)及初創(chuàng)公司任要職,主持多項(xiàng)美國能源部資助研發(fā)項(xiàng)目,獲得2013年全美年度100最佳研發(fā)技術(shù)大獎(jiǎng)。在材料學(xué)及儲(chǔ)能領(lǐng)域頂級(jí)期刊發(fā)表論文17篇,擔(dān)任5家國際期刊審稿工作,擁有國際發(fā)明專利申請(qǐng)17項(xiàng)。
中和儲(chǔ)能公司簡介:
深圳市中和儲(chǔ)能科技有限公司,立足于研發(fā)、推廣與應(yīng)用儲(chǔ)能技術(shù),旨在通過電化學(xué)儲(chǔ)能技術(shù)的應(yīng)用助力于實(shí)現(xiàn)中國“碳中和”的目標(biāo)。發(fā)展初期,公司專注利用在儲(chǔ)能領(lǐng)域已經(jīng)積累多年的行業(yè)經(jīng)驗(yàn)及杰出的研發(fā)能力向中國儲(chǔ)能市場(chǎng)提供技術(shù)支持與咨詢服務(wù)。同時(shí),公司著重于對(duì)中國儲(chǔ)能市場(chǎng)進(jìn)行調(diào)查與分析,為中國市場(chǎng)研發(fā)或引入最先進(jìn)、最有效的儲(chǔ)能技術(shù)。
公司技術(shù)研究與發(fā)展方向:水性儲(chǔ)能電池,鋰離子電池材料,燃料電池,離子交換膜,涂料與粘接劑,膜分離技術(shù)。
國內(nèi)業(yè)務(wù):液流電池與高能量密度鋰離子電池技術(shù)合作、學(xué)術(shù)交流、公司技術(shù)研發(fā)方向的技術(shù)講座、研發(fā)咨詢、及論文寫作指導(dǎo)。