51-70万|特斯拉电池日再放预告，干电极技术或失宠，硅纳米线将成主角？
前几天 ， 特斯拉官方放出了一张电池日的最新海报 ， 同日 ， CEO马斯克在推特上表示特斯拉会在3-4年内批量生产寿命更长、而且能量密度提高50%也就是达到400wh/kg的电池 。 海外媒体研究后 ， 得出了一个结论：这…好像是硅纳米线的结构图啊？！
【51-70万|特斯拉电池日再放预告，干电极技术或失宠，硅纳米线将成主角？】
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我们之前猜测过特斯拉可能会在正极材料上做文章 ， 使用单晶技术；也可能在负极材料上用Maxwell的干电极技术+预锂化的方式 ， 再或者在电解液中加入新型添加剂 。 结果 ， 特斯拉的纳米材料预告图却在告诉我们 ， 电池技术 ， 我们还是有杀手锏的！ 。
其实跟特斯拉合作的Amprius公司 ， 早在去年就已经将这种新型电池投入使用了 。 Zephyr无人机搭载硅纳米线电池后 ， 在平流层飞行超过了25天 。
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这个公司也很有意思啊 ， 现在已经偷偷跟特斯拉“暗度陈仓”了 。 图片显示 ， Amprius已经搬去跟特斯拉秘密的 Tera 电池制造工厂做邻居了 ， 特斯拉电池日也会在这里举办 。 很好 ， 真是近水楼台先得月 ， 难怪Maxwell都要往后稍稍呢 。
话说回来 ， 就来讲讲这个所谓的“硅纳米线”电池是什么 ， 注意断句 ， 硅/纳米线 ， 其实这种电池本质上就是用硅纳米线取代了传统锂离子电池中的负极材料石墨 。
那为什么不用普通硅呢？硅对环境友好、资源丰富 ， 工作电压也与石墨接近 ， 理论比容量也达到了4200mAh/g ， 也是目前合金负极材料中最高的 。 硅又便宜又常见 ， 它不香吗？
当然——是不行的 。 在循环过程中 ， 硅会发生严重的体积变化 。 锂离子电池的容量跟负极材料能够嵌入的锂离子数量有关 ， 嵌入的锂离子数目越多 ， 电池容量就越大 。 充电过程就是锂离子嵌入过程 ， 硅材料随之膨胀；在电池工作放电时 ， 锂离子从硅材料中脱出 。
硅的主要问题是在嵌锂的时候 ， 体积相对于原来的大小膨胀了将近400% ， 类比以前的电池会出现鼓包的情况 ， 硅作负极的电池膨胀以后可能鼓成原来的四个大 。 因此在脱锂后 ， 硅很难恢复到原来的形貌 。
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体积膨胀又会在硅材料上施加额外的应力 ， 导致材料破损和龟裂 。 这一过程就是所谓的电极粉末化 ， 通俗点来说就是 ， 电极主观对抗让它膨胀的过程 ， 结果用着用着 ， 电池内部碎了 。 粉末化过程中 ， 碎了的硅材料会从电极上脱落 ， 这也会导致最后电池循环稳定性差 ， 电池容量也会急剧下降 。 硅可以看作是一个反应容器 ， 反应容器没了 ， 电池的反应也不能正常进行了 。
而这个硅纳米线 ， 指的是宽度在10纳米左右、长度无限制的材料 ， 可以想象成硅纳米带 ， 这是一种新型的一维半导体纳米材料 ， 内晶核是单晶硅 ， 外部有一层SiO2进行包覆 。
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通过查询专利可以大概了解到Amprius的硅纳米线制作工艺：利用涂覆有硅涂层纳米结构模版 ， 使用PECVD工艺或热CVD法 ， 直接在导电基板上生长硅纳米线 。 该纳米线具有核壳结构 ， 这一制备方法同样也适用于在硅纳米线上复合或参杂其它物质 ， 以增强它的导电性和强度 。
硅纳米线就可以通过横向膨胀来很好的释放应力 ， 不会造成纳米线龟裂或破损 ， 从而阻止了电极的粉末化 。 硅纳米线之间有一定的间隙 ， 体积膨胀的时候也有一些空间让它膨胀 ， 不会让它相互挤压 。
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