中國(guó)儲(chǔ)能網(wǎng)訊：近日，特斯拉CEO埃隆·馬斯克展示了該公司最新研制的含硅鋰離子電池組，但這種貌似很高端的技術(shù)卻掩飾了一個(gè)重要信息點(diǎn)。
那就是早在一年多以前，一家名不見經(jīng)傳的小公司已經(jīng)開始銷售它自行研發(fā)的含硅鋰離子電池了。這家公司名叫安普瑞斯，它的電池產(chǎn)品主供智能手機(jī)、平板電腦和無(wú)人機(jī)。在谷歌董事長(zhǎng)埃里克·施密特等硅谷投資人的支持下，該公司致力于完善這種能使電池續(xù)航時(shí)間顯著增長(zhǎng)的技術(shù)。
幾十年來(lái)，科研人員和電池制造企業(yè)一直在研究向鋰離子電池中加入硅元素的技術(shù)，以提高電池的蓄能。最終，大多數(shù)業(yè)內(nèi)人士都認(rèn)為，該技術(shù)將成為一項(xiàng)標(biāo)準(zhǔn)。
但是研制含硅電池是一項(xiàng)艱難的挑戰(zhàn)，因?yàn)楣钑?huì)膨脹，并有可能導(dǎo)致電池爆炸。所以，雖然業(yè)界對(duì)含硅電池投入了很大關(guān)注，但含硅電池進(jìn)入市場(chǎng)的進(jìn)度卻非常緩慢。
如果安普瑞斯公司能夠以更低的成本大規(guī)模生產(chǎn)含硅電池，那將是一個(gè)重大的突破。這樣一來(lái)，不僅智能手機(jī)等電子設(shè)備的待機(jī)時(shí)間會(huì)顯著延長(zhǎng)，另外它還有可能在某一天進(jìn)入電動(dòng)汽車市場(chǎng)，提高汽車的續(xù)航里程。
不過(guò)安普瑞斯公司暫時(shí)不會(huì)在美國(guó)設(shè)廠生產(chǎn)電池，至少一開始不會(huì)。在近日接受專訪時(shí)，安普瑞斯公司的CEO孫康（音譯）表示，去年年末，該公司已與江蘇省無(wú)錫市政府達(dá)成合作，合資在無(wú)錫建立一座大型工廠。孫康稱，無(wú)錫開發(fā)集團(tuán)為該公司投資4000萬(wàn)美元，另外無(wú)錫市還將為安普瑞斯公司計(jì)劃將于明年竣工的電池生產(chǎn)線進(jìn)行投資。
安普瑞斯并不是第一家做電池的創(chuàng)業(yè)公司，也不是第一家進(jìn)軍中國(guó)的能源創(chuàng)業(yè)公司。中國(guó)對(duì)電動(dòng)汽車非?？春?，正在投入大量財(cái)力發(fā)展本國(guó)產(chǎn)業(yè)。而美國(guó)的能源創(chuàng)業(yè)公司近年缺乏來(lái)自硅谷風(fēng)投家和美國(guó)政府的投資，因此安普瑞斯公司肯定不是最后一個(gè)進(jìn)軍亞洲的企業(yè)。
安普瑞斯在南京的試產(chǎn)線。
電池基礎(chǔ)知識(shí)
為了理解安普瑞斯公司的技術(shù)，我們首先來(lái)看看電池的基本組成部分。一塊電池是由正負(fù)兩個(gè)電極組成的，中間是讓電荷通過(guò)的介質(zhì)。當(dāng)一塊鋰電池在充電或放電時(shí)，鋰離子就會(huì)在正負(fù)電極之間來(lái)回移動(dòng)。
智能手機(jī)和筆記本電腦所使用的標(biāo)準(zhǔn)鋰電池，一般用石墨作為負(fù)極，用氧化鋰聚合物作為正極。當(dāng)充電時(shí)，正極生成的鋰離子運(yùn)動(dòng)到負(fù)極，嵌入負(fù)極碳層的微孔中，此時(shí)負(fù)極基本上充當(dāng)了鋰離子的“房東”。
很多電池廠商想在電池負(fù)極的石墨混合物中加入小量的硅，加入量約為1%至5%。特斯拉CEO埃隆·馬斯克表示，特斯拉的鋰電池（大概利用了日本松下公司的技術(shù)）仍然主要使用石墨作為負(fù)極材料，但隨著時(shí)間的推移，將會(huì)增加硅的用量。
硅能有助于電池儲(chǔ)存更多的能源，因?yàn)樗幕瘜W(xué)結(jié)構(gòu)能夠在充電時(shí)保留住更多的鋰原子。美國(guó)勞倫斯伯克力國(guó)家實(shí)驗(yàn)室的科學(xué)家劉皋（音譯）領(lǐng)導(dǎo)著一支硅電池材料的研發(fā)團(tuán)隊(duì)，他對(duì)我打了個(gè)比方：當(dāng)電池充電時(shí)，負(fù)極就像是一個(gè)盛著鋰離子或能源的袋子。和石墨相比，硅能提供一個(gè)更大的“袋子”，可以裝下更多的鋰離子，也就是更多的能源。
但含硅電池的一個(gè)大問題是硅會(huì)膨脹，在充電時(shí)有可能破壞負(fù)極。這就好比一個(gè)袋子裝滿了沙子，而每粒沙子在充電時(shí)都會(huì)膨脹四倍，從而會(huì)導(dǎo)致袋子裂開。因此，劉皋等科學(xué)家正在研制新型的粘合材料，使硅顆粒即使膨脹，也能將它們約束住。
安普瑞斯公司的核心創(chuàng)新之一，就是利用納米科技創(chuàng)造一種能夠與石墨混合的硅結(jié)構(gòu)。據(jù)孫康介紹，這種設(shè)計(jì)中含有不到10%的硅，它能使負(fù)極存儲(chǔ)的能源達(dá)到普通鋰電池的一倍。
該公司于2013年年末首次將含有這種技術(shù)的鋰離子電池賣給了亞洲的智能手機(jī)制造商，它也由此成為首批將含硅電池技術(shù)商用的公司之一，只不過(guò)它的產(chǎn)量還很小。特斯拉的含硅電池則標(biāo)志著這項(xiàng)技術(shù)將首次更大范圍地應(yīng)用到電動(dòng)汽車上。
安普瑞斯公司已經(jīng)把它的電池賣給了商用無(wú)人機(jī)以及一些電子產(chǎn)品和軍事設(shè)備的制造商，就連美國(guó)國(guó)家航空航天局也是它的客戶。亟需更長(zhǎng)續(xù)航時(shí)間的客戶愿意為這些電池付更高的價(jià)格。比如，一家高端無(wú)人機(jī)制造商就愿意為這些電池支付高價(jià)，以使其無(wú)人機(jī)的飛行時(shí)間增加25%。
安普瑞斯公司還在研制一種用硅納米絲制成的更先進(jìn)的負(fù)極材料。這種結(jié)構(gòu)在電池充放電時(shí)，能更好地抵抗膨脹效果。
理論上，這種技術(shù)要依賴硅作為大部分甚至全部的負(fù)極材料。它的能量密度（也就是相同體積中存儲(chǔ)的能量值）甚至能達(dá)到普通鋰電池的6倍。雖然安普瑞斯公司目前尚未將該理念商業(yè)化，不過(guò)孫康表示，該公司將于今年年底進(jìn)行試生產(chǎn)。
孫康指出，安普瑞斯公司目前生產(chǎn)的含硅鋰電池的能量密度為700瓦時(shí)每升，經(jīng)過(guò)進(jìn)一步努力，很快可以達(dá)到750瓦時(shí)每升。在實(shí)驗(yàn)中，納米絲技術(shù)的能量密度可達(dá)940瓦時(shí)每升。目前市場(chǎng)上標(biāo)準(zhǔn)的鋰離子電池的能量密度約為300到400瓦時(shí)每升。
電池創(chuàng)業(yè)公司
這些年來(lái)，安普瑞斯公司都是讓其他公司代工生產(chǎn)電池。但借助于中國(guó)的合資公司，它很快就能自行生產(chǎn)電池了。
孫康表示，通過(guò)提高產(chǎn)能，安普瑞斯公司能夠降低電池的制造成本，從而比標(biāo)準(zhǔn)的鋰離子電池具有更大的競(jìng)爭(zhēng)力。無(wú)錫工廠將于11月開始投入試生產(chǎn)，并從2016年開始擴(kuò)大產(chǎn)能。
下一步，孫康表示，他的公司正在與另一個(gè)投資人進(jìn)行洽談，那名投資人有可能幫助安普瑞斯公司的電池最終打入電動(dòng)汽車市場(chǎng)。不過(guò)創(chuàng)建電池工廠所需的時(shí)間和金錢，通常要比企業(yè)預(yù)期的更多。
安普瑞斯公司在中國(guó)生產(chǎn)電池的事聽起來(lái)似乎很簡(jiǎn)單，但執(zhí)行起來(lái)卻完全沒那么容易。孫康解釋道，該公司已經(jīng)分拆成了三家公司。南京安普瑞斯有限公司主要生產(chǎn)電池材料，安普瑞斯無(wú)錫項(xiàng)目負(fù)責(zé)生產(chǎn)電池，而安普瑞斯科技有限公司將繼續(xù)研發(fā)上文提到的硅納米絲技術(shù)。
在美國(guó)，對(duì)于安普瑞斯這種年輕的創(chuàng)業(yè)公司來(lái)說(shuō)，融資渠道已經(jīng)接近枯竭了。由于幾年前投向清潔技術(shù)領(lǐng)域的巨額投資一直沒有獲得較大的收效，很多風(fēng)投家已經(jīng)避開了這個(gè)領(lǐng)域。當(dāng)前，美國(guó)政府也僅僅提供了小額用于基礎(chǔ)研發(fā)的撥款。
松下公司的鋰離子電池，它也是特斯拉Model S和ModelX車型所使用的電池組的一部分。
比如，對(duì)于劉皋的創(chuàng)新，美國(guó)勞倫斯伯克力國(guó)家實(shí)驗(yàn)室可能就不會(huì)通過(guò)創(chuàng)業(yè)公司或融資建廠來(lái)將其投入商用，而是會(huì)把該技術(shù)授權(quán)給大型的電池制造商進(jìn)行生產(chǎn)。
不少其他創(chuàng)業(yè)公司也在研究含硅鋰電池技術(shù)，我們目前還不清楚這些技術(shù)將如何投入商用，或是哪種技術(shù)會(huì)產(chǎn)生最大的影響。這些公司包括Nexeon、SiNode Systems和Sila Nanotechnologies等，此外也包括很多大型科技公司，如日立、三星和松下等。
安普瑞斯公司所采用的原始技術(shù)是斯坦福大學(xué)教授崔屹提出的，此后又經(jīng)過(guò)了不斷的完善。除了谷歌董事長(zhǎng)埃里克·施密特以外，該公司還獲得了硅谷重量級(jí)風(fēng)投機(jī)構(gòu)Kleiner Perkins（該公司曾投資過(guò)亞馬遜和 美國(guó)在線等早期互聯(lián)網(wǎng)巨頭）的資金。另外，安普瑞斯公司表示，美國(guó)前能源部部長(zhǎng)，諾貝爾獎(jiǎng)得主朱棣文也是它的董事會(huì)成員。
如果一家電池創(chuàng)業(yè)公司想要獲得足夠的資金建廠，那么機(jī)會(huì)最大的地方莫過(guò)于中國(guó)或亞洲其他國(guó)家。比如，電池創(chuàng)業(yè)公司Boston Power于2005年成立于馬薩諸塞州，早在幾年前，它就前往中國(guó)進(jìn)行融資和電池生產(chǎn)了。
中國(guó)投資人也盯上了美國(guó)的電池技術(shù)。汽車零件制造商萬(wàn)向集團(tuán)趁美國(guó)的電池制造商A123 Systems公司和電動(dòng)汽車生產(chǎn)商菲斯科破產(chǎn)之機(jī)，將這兩家公司一舉收購(gòu)。
中國(guó)是全球最大的汽車市場(chǎng)。由于空氣受到嚴(yán)重污染等緣故，中國(guó)正在一些地區(qū)推廣電動(dòng)汽車、電動(dòng)摩托車和電動(dòng)公交車。
無(wú)錫等城市正在通過(guò)為該技術(shù)提供低成本融資來(lái)鼓勵(lì)電動(dòng)汽車的發(fā)展。包括LanzaTech和EcoMotors在內(nèi)的一些能源科技創(chuàng)業(yè)公司，也在采取與中資企業(yè)合作的方式建廠。
安普瑞斯公司的未來(lái)還有很大的不確定性。但由于中國(guó)投資人愿意投資生產(chǎn)清潔技術(shù)，這可能意味著中國(guó)或許將崛起為電池技術(shù)的主要領(lǐng)軍者。
在美國(guó)，正在里諾郊外施工的特斯拉大型電池工廠，將成為美國(guó)近幾年在電池生產(chǎn)領(lǐng)域邁出的最重要的一步。安普瑞斯公司的孫康非?？春锰厮估瓕?duì)含硅電池的使用。他表示，“這是非常好的消息”，并且相當(dāng)于“認(rèn)可了該技術(shù)的光明前景”。
