Enevate公司實現(xiàn)全硅負(fù)極儲能，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，同時兼顧公司，直到2008年才離開學(xué)校完全投入到公司的運營中去。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)定運行超過1000次充放電循環(huán)。由于其負(fù)極儲能材料主要是硅，所以其充放電速度遠(yuǎn)大于石墨負(fù)極電池，在實驗室中可以達(dá)到5分鐘充滿75%的電，有望解決電動車快充的問題。新一輪的融資將用于建立生產(chǎn)線，預(yù)計將在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。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——這一點比較出乎意料，因為硅材料的充放電體積膨脹收縮通常會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)劑是解決這個問題的一個常用手段。公司并未就這一特點進(jìn)行過多的解釋，因而也會讓人們對其電池的長期穩(wěn)定性存疑。
CTO在采訪中提到其硅負(fù)極的另一個特點是，雖然硅元素只占到負(fù)極材料的70%，但通過電池設(shè)計可以讓負(fù)極的能量只儲存在硅材料中，而剩下的30%碳材料完全不參與儲能作用，只提供物理支架作用。這是因為硅的充電電壓低于碳，所以充電時鋰離子會優(yōu)先存儲到硅材料中，直到硅的存儲達(dá)到極限才開始向碳材料中存儲。Enevate將負(fù)極材料的儲能量設(shè)計得遠(yuǎn)大于正極，這樣當(dāng)正極儲能達(dá)到上限時，負(fù)極中的儲能連硅都還沒充滿，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)站沒有對其含硅多孔結(jié)構(gòu)材料有過多的描述，我們對Enevate公司申請的專利進(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破壞負(fù)極涂層的整體結(jié)構(gòu)。
在另一項專利中，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，因為這兩種材料都是剛性膜，當(dāng)硅顆粒膨脹收縮時，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疑點，這項硅材料負(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，因為能大大降低生產(chǎn)成本，讓全硅負(fù)極材料成為可能應(yīng)用到電動車領(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，主持多項美國能源部資助研發(fā)項目，獲得2013年全美年度100最佳研發(fā)技術(shù)大獎。在材料學(xué)及儲能領(lǐng)域頂級期刊發(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17項。
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