电池初创公司在争夺特斯拉的战斗中筹集了数百万美元

为了给智能手机或特斯拉Model 3供电，目前没有比锂离子电池更好的了。自1991年推出以来，可充电锂电池已成为日常技术设备和电动车动力的标准。

世界上300多万辆电动汽车中的许多都使用锂离子电池。但随着世界越过电动未来，它需要比锂离子电池更好的东西才能跟上步伐。

“现在，锂气几乎已经到了墙上。如果你真的想提高能量密度，就必须采用完全不同的范式，”马里兰大学材料科学与工程教授Yifei Mo说。更高的能量密度意味着更便宜，更轻的电池，一次充电可以持续更长时间。

幸运的是，有些电池初创公司试图制造更好的电池，成本更低，能量密度更高，性能更好，适用于增压工业产品和消费技术，以及电动汽车，它们可以更快地充电并且行驶更长的距离。从今年开始，几家拥有电池的初创企业，他们认为这些电池相对于目前的锂离子技术有很大改进，将把它们的电池引入商业市场。

Sila Nanotechnologies的首席执行官Gene Berdichevsky说：“我们用了8年时间，大约35,000次迭代我们的材料合成只是为了让商业上做好准备。”

Sila只是最近获得大量资金以继续调整电池技术的几家电池初创企业之一。去年，总部位于加利福尼亚州阿拉米达的公司从包括西门子全球风险投资公司在内的多家投资者那里获得了7000万美元的D轮融资，以建立其第一条硅阳极电池商业生产线。这是由机械和能源工程师Berdichevsky和Elon Musk特斯拉的第七名员工共同创立的十年之后，他领导了Tesla Roadster电池系统的开发(由Musk创立的SpaceX推出的汽车，推出进入轨道2018年)。

ROI即将到来

目前锂离子电池的新兴变化已经进行了大约10年的研究。直到现在才开始为商业聚光灯做准备，推出至少需要几年，甚至可能需要整整十年。

“一辆汽车所需的材料相当于10,000部智能手机或1000部智能手表，”Berdichevsky说。“我们将从消费者设备开始。在未来五年内，我们将与汽车合作伙伴一起扩大规模。”Sila目前的汽车合作伙伴之一是宝马。

目前的锂离子电池的材料部件和物理能量密度有限。新电池技术旨在提高锂离子电池的安全性和能源效率，如果电池过热或损坏，则不会发生火灾。

每个锂离子电池由四个基本部分组成：阳极和阴极 - 每个锂离子电池的电极 - 液体电解质和隔板。当电解质将锂离子通过隔板传送到阳极和阴极以及从阳极和阴极传送时，产生正电流和负电流。正是这个过程产生了存储在电池中的电荷。

如果构成阳极和阴极的化学物质 - 石墨和某种类型的金属氧化物 - 加热太强，它会破坏物理分离器，从而暴露出高度易燃的电解质。召回三星Galaxy Note 7手机爆炸，你可以从字面上看到这个问题。目前最大的锂离子能量密度约为每千克260瓦时;相比之下，目前大多数电动汽车每公斤可容纳220至250瓦特小时。

下一代热潮

一种新的电池技术是固态，它不仅取代了石墨阳极，一个由锂金属制成，而且还取代了液体电解质和分离器，一个固体片，通常是陶瓷，玻璃或阻燃聚合物。采用这种方法的是Solid Power，一家位于科罗拉多州的固态电池制造商，2018年获得2000万美元的A系列融资。据公司高管称，他们开发的电池能量密度至少提高50%。

秘密斯坦福大学分拆QuantumScape还与大众合作开发固态电池。去年，大众汽车以1亿美元的投资增持了股份。PitchBook数据显示，总部位于圣何塞的初创公司估值为17.5亿美元。根据宣布这项交易的新闻稿，QuantumScape的电池将允许大众汽车的E-Golf一次充电可行驶466英里 - 目前的行驶里程为186英里，这使其可与传统燃气动力汽车相媲美。根据大众汽车公司的说法，QuantumScape的电池应该比现有的锂离子电池更快，更轻。

然而，正如一位日产副总裁去年所说的那样，固态电池可能在下个十年的某个时候不会全部上市。甚至QuantumScape的新闻稿也规定了2025年的商业生产目标。

固态技术的较长时间表是当前电池工厂设置的一个症状。它们用于处理液体电解质的锂离子生产，而转换为固体材料不仅仅是更换工厂车间的工艺。

“在商业化的早期阶段，这是一项新兴技术，”Solid Power业务开发负责人Dean Frankel说。“从扩大规模的角度来看，这需要时间。”

虽然一些初创企业致力于完善和扩大固态电池，但其他像Sila Nanotechnologies希望利用目前的锂离子制造工艺将电池快速推向市场。Sila不是制造固态电池，而是将石墨阳极替换为硅，硅是一种吸收锂离子的材料，比石墨快四倍。

更重要的是，大多数带有石墨阳极的锂离子电池的充电率或C率不到1%。初创企业开发带有硅阳极的新电池表示他们的电池的C率要好得多，这是实现电动汽车未来的关键差异化因素，因为大多数人不想等待一个多小时的汽车充电抽气时只需几分钟。

“我们可以维持10倍于传统石墨电池的充电速率，”Enevate首席执行官Robert A. Rango说。

这家总部位于加利福尼亚州Irvine的公司正在制造带有硅阳极的下一代锂离子电池，该公司拥有1.11亿美元的资金，其中包括去年由韩国电池公司LG Chem进行的投资。Rango表示，Enevate的电池已投入使用10年，与其技术的首次商业部署相距约一年半，最有可能是电动自行车和踏板车。

然而，硅阳极电池具有一个潜在的缺点：硅材料膨胀，这意味着每次充电都会导致电池劣化。Berdichevsky和Rango都表示他们各自的公司已经解决了这个问题。

“硅确实在扩张，这是该行业面临的挑战之一，”兰戈说。“在我们的电池中，我们已经能够控制扩展。我们的电池规格符合电动汽车的要求。”那些要求?电池充电和放电1000次后，电量可以达到80%。

这些初创企业的长期发展时间表是推动电池技术发展的难点。虽然电动汽车系列的改进肯定是更好的电池的主要影响之一，但目前锂离子电池的后续产品很可能最初会在更小的产品中找到。

“你们正在谈论必须发生的代际技术转变，”Berdichevsky说。“在150年的电池存在的情况下，有四种商业相关的化学品进入市场。每次进入这些新的化学品时，它们都会变得更难。”