松下的新型粉末动力电池将为电动汽车注入新动力
松下全新粉末动力电池，为电动汽车注入崭新力量
2011年由特斯拉(Tesla)第七位员工共同创立的加利福尼亚公司Sila将向松下公司供应一种用于电动汽车电池的美国制造硅粉。这种硅粉有望消除续航焦虑，缩短充电时间，甚至减少对中国的依赖。
松下的主要美国客户是特斯拉，并且全球电动汽车电池产量的约10%来自松下。去年，Sila与梅赛德斯-奔驰签署了一份供应协议，为其新款长续航G级电动SUV，预计将于2025年首次亮相提供硅粉（这家德国汽车制造商在2019年领导了Sila的E轮融资）。
Sila的Titan硅负极粉由纳米级结构硅微米颗粒组成，取代了传统锂离子电池中的石墨。这种对电动汽车的转换很快就可以实现连续行驶500英里和10分钟充电。更重要的是，这种负极的更换不需要新的制造技术。这种黑色的粉末已经为最新款的Whoop活动追踪可穿戴设备提供了五天的电池寿命。
Sila的创始人兼首席执行官Gene Berdichevsky表示：“我们花了12年时间进行了8万次迭代才达到了这一点。”他开始在特斯拉工作，2004年成为该公司的第七位员工。他是特斯拉Roadster电池系统的负责人，在公司拥有约300名员工时离职。进一步学习后，他与特斯拉同事Alex Jacobs和格鲁布·尤申（Gleb Yushin，乔治亚理工学院的材料科学教授）共同创立了Sila。
与石墨相比，硅储存的能量多达石墨的10倍，因此在释放电子的负极（放电过程中）中使用硅而不是石墨可以显著提高电池的能量密度。然而，在重复充放电过程中，硅会膨胀，导致严重破坏电池寿命的裂纹出现。
Sila的技术通过使用纳米级碳“脚手架”来允许硅的膨胀。Berdichevsky说：“Titan硅是一种纳米复合材料。就像葡萄干面包一样，葡萄干是硅，周围有软的基质，颗粒本身有一个大的外壳。外壳保持了空间，面包在葡萄干膨胀时让开。支架不是为了支撑硅，而是为了容纳膨胀。”
该专利的支架过程涉及硅源二硅烷气体渗透到定制碳晶格中。产生的微米级粉末将被运往电池制造商。
Berdichevsky声称：“我们可以在锂离子电池中替换50%到100%的石墨。”完全替换可使典型电动汽车续航里程增加40%，并将80%的充电时间缩短到悠闲加油时间。
Sila表示，Titan硅相比石墨更轻约五倍，充满后的体积大约为石墨的一半。在宣布与Sila达成协议的新闻稿中，松下表示其目标是到2030年将电池的体积能量密度提高到每升1000瓦时。
Berdichevsky说：“那是一个很高的指标。目前世界上最好的电池约为每升740瓦时，而固态电池开发人员声称他们能达到这些数字。我们正在说我们可以通过现有技术很快达到那个水平。”
石墨是世界上默认的负极材料，几乎存在于每一种锂离子电池中，占到电池容积的60%。根据国际能源机构的报告，目前约有四分之三的电动汽车电池是在中国制造的。
矿业咨询公司Benchmark Mineral Intelligence估计，中国产出的天然石墨占全球总产量的61%，并精炼了98%的成品石墨材料。
硅是地壳中世界上含量排名第二的元素（氧是第一），而用于硅烷气体生产的高纯度石英在美国开采。
自2017年以来，Sila在位于加利福尼亚州阿拉米达的总部的试制设施制造的阴极粉末用于消费电子，但是要以汽车规模生产，公司现在正在装备一家从未使用过的位于华盛顿州莫西斯湖的60万平方英尺的玻璃纤维工厂，最初雇用100人，主要是本地人，随着公司的发展计划新增600人。
莫西斯湖因其土豆而闻名，但只是位于西雅图和斯波坎之间的一点小地方，现已成为一个吸引下一代行业的水力发电中心，这些行业热衷于该地区廉价而清洁的电力。
贝迪切夫斯基表示，如果您为欧洲客户提供服务，那么摆脱脏能源网可以获取更多好处。6月份，欧洲议会通过的一项法规使Sila无需再考虑是否将其设在该城镇。布鲁塞尔现在要求每个供应欧盟市场的电动汽车电池都要贴上声明其碳足迹的标签；“电池护照”必须通过数字方式跟踪电池及其材料在供应链中的流动。
2022年的通货膨胀减少法案（IRA）中也有供应链要求。为了符合电动汽车补贴的资格，电池矿物必须国内采购或从盟友处采购。IRA中面向气候变化的部分规定，今年美国必须以40%的比例采购矿物，从2027年开始这个比例将提高到80%。IRA还禁止使用来自“关注的外国实体”的重要矿物、电池材料和其他组件。
贝迪切夫斯基说：“如果您在电池中使用来自中国的任何材料，那么你的客户将错过7500美元的税收抵免。”
Sila并不是唯一受清洁能源吸引的关注于汽车的硅纳米复合材料制造商。就在前玻璃纤维工厂的路程一英里外，Group14 Technologies已经着手建设一座新的工厂，将为保时捷生产类似的粉末。
去年，这家7岁的公司在一轮融资中获得了6140万美元，其中保时捷是主导者。当这家公司的工厂在2024年开业时，将每年为20万辆电动汽车生产足够的SCC55阴极粉末。
贝迪切夫斯基声称：“还有一些公司与我们合作，但他们都还在发展阶段，而我们已经准备好进行规模生产。”
巧合的是，莫西斯湖还是REC Silicon的所在地，后者曾经是光伏行业的供应商，并且现在是美国仅有的两家火用硅烷燃料制造商之一。Group14将在本地采购材料，而贝迪切夫斯基不愿透露Sila是从哪里采购硅烷。这两家公司都获得了1亿美元的联邦拨款用于建造他们的硅负极工厂。
韦尔斯利学院的环境研究教授杰伊·特纳告诉ENBLE，大规模国内制造新能源电池技术可以理解为一件大事。“这标志着一次重要的历史性转变，”这位跟踪新的北美电动汽车生产的电池历史学家说。
“过去，美国在先进电池研究方面处于领先地位，但实际制造大多发生在国外。看到美国开发的研究在美国工厂进行规模化生产是令人兴奋的。Sila和Group14看起来都处于有利位置进行规模化。”
然而，在美国还有其他硅负极的生产商。加利福尼亚的OneD Battery Sciences和Amprius公司通过生长硅纳米线来生产他们声称相对于纳米硅粉末，较不容易膨胀的硅负极。
Amprius由斯坦福材料科学教授崔毅于2008年创立，专注于航空领域的硅负极研究，而OneD Battery Sciences将把他们的硅纳米技术应用于通用汽车的Ultium电池中。
不需要工程硅纳米颗粒或纳米线，加利福尼亚的Enevate将纳米级硅膜直接沉积在铜箔上。它的硅负极电池已经被用于电动摩托车。
芝加哥初创公司NanoGraf为阳极制造了一种预先膨胀的硅氧化物材料以提高稳定性。它的阳极用于军用电子设备。
其他电池化学品的开发者正在寻求完全取代传统锂离子电池。特斯拉已经生产采用磷酸铁锂电池的汽车；丰田通过其固态电池向业内人士透露了一些信息；中国企业正在开发毫无或几乎不需要锂、镍或钴的钠离子（Na-ion）技术；三星SDI正在改进高锰酸锂电池。
在不断增长的全球电动汽车市场中，上述所有技术都可能有机会。确实，英国的“先进动力中心”作为新兴电池技术专家称，这种电动技术的转变“不是一个类型（电池化学品）取代另一个类型，因为性能特征意味着使用情况各不相同。”
