美國Amprius公司宣布，第一批超高能量密度的鋰電池單元已經出貨，在比能量（單位電極放出的能量）和能量密度上均實現重大突破。這款鋰電池的電池密度達到450Wh/kg（1150 Wh/l），是目前可用電池中能量密度最高的鋰電池。

 

 

這款鋰電池將被應用于新一代的高空偽衛星（HAPS），之所以稱為高空偽衛星，是因為它們飛行在地球上方數十公里處，但并未完全繞軌道運行。“這是目前世界上能量密度最高的商業化電池單元。”Amprius公司表示，“在先進的航空航天領域中應用這款顛覆性的電池，肯定了Amprius是現有最高能量密度電池的領先供應商。”由于Amprius研發的超高密度電池成本較為高昂，目前主要應用于高空無人機等航空航天領域，尚未進入新能源電動車領域。

 

對此，Amprius在其官網上表示：“我們正在積極擴大硅陽極制造的規模，以使更多行業能夠利用我們的產品。目前，高性能鋰離子電池正用于高端關鍵領域，隨著制造能力的增長，很快將擴展到電動汽車和消費類應用。”

 

Amprius沒有透露現有的具體產能。該公司位于加利福尼亞州弗里蒙特的電池工廠生產規模有限，計劃在本季度進行第一個大批量生產設施的選址，預計到2024年將大幅增加產能。

 

根據Enpower數據，目前特斯拉Model 3使用的松下2170電池屬于全球領先水平，能量密度達到260 Wh/kg（730 Wh/l）。同等重量下，Amprius鋰電池的能量密度高出73%，體積卻減少了37%。

 

特斯拉創始人埃隆·馬斯克曾在2020年8月預測：“只需3-4年就能實現400Wh/kg能量密度的電池單元，也就是在2023-2024年，電池重量將大大減輕。”在兩年后的2022年，Amprius已經實現了450 Wh/kg能量密度的電池，遠遠超出了馬斯克的預期。

 

值得注意的是，2020年，Amprius將總部遷到了距離特斯拉弗里蒙特電池工廠只有幾百英尺的地方。盡管馬斯克曾在推特上否認特斯拉與Amprius的關系，但不排除未來二者進行深入合作的可能性。

 

在特斯拉2020年9月發布的電池日活動的注冊頁面，背景圖片就是新電池材料硅納米線的結構圖，這也正是Amprius電池的核心技術。盡管后來這一技術并未正式亮相，但有不少媒體猜測，特斯拉與Amprius存在幕后合作的關系。Amprius創立于2008年，創始人崔屹是斯坦福大學華人教授，在哈佛大學和加州伯克利大學讀博和從事博士后研究期間，從事納米材料的合成工作，并開始將納米技術與電池結合起來。該公司在官網上的定位是“能量密度和循環壽命的游戲改變者”，建立初期的目標就是“生產出能量密度是當今鋰離子電池兩倍的電池”。

 

2020年發表在《自然》雜志上的一篇論文指出：“與傳統使用的石墨陽極（372 mAh/g）相比，硅（Si）被認為是最有前景的鋰離子電池負極材料之一，因為它具有較高的重量理論鋰存儲容量（3579 mAh g），同時還具有相對較低的放電電壓。”

 

崔屹認為，在常規電池中陽極由石墨制成，但它存儲的能量有限制。硅的存儲容量約為石墨的10倍，但有一個明顯缺點：充電時，硅會急劇膨脹，導致硅破裂并使電池失效。

 

資料顯示，硅納米線技術的研發方向早在Amprius公司成立之初便已確定，利用納米技術，能夠在微小的硅納米線中存儲鋰，這些納米線的厚度約為一張紙的千分之一，硅納米線吸收鋰后仍會膨脹，但納米技術可防止硅破裂，可以實現市場上最高的能量/功率比。

 

據華寶證券研報，硅納米線指的是寬度在10納米左右、長度無限制的材料，是一種新型的一維半導體納米材料。中信建投也分析稱，將硅納米線應用于鋰電負極，體現出了若干理論優勢：具備離子、電子通路；適應嵌鋰前后的體積變化；利于電解液滲透和儲存；具備較高活性物質利用率。

 

 

在過去的幾年中，Amprius研究團隊通過納米線技術制成硅陽極，并用空心硅納米顆粒逐漸提高了硅陽極的耐久性。據Amprius公司介紹，這款新電池之所以能夠實現如此高的能量密度，主要是因為該公司專有的硅納米線（Si-Nanowire）技術，直接用100%硅納米線陽極取代了傳統的石墨陽極。由于硅是能量密度的最佳材料，Amprius的100％硅納米線電池將具有更高的能量密度和功率，并且比一般鋰電池充電速度更快、循環壽命更長，在美國國家實驗室、航空航天公司等的實際使用中已經證明了這一點。

 

正因如此，這項技術早在2020年就已吸引了超過1億美元的融資，投資人包含美國最大風投公司KPCB、Trident投資公司、VantagePoint投資公司、Google前CEO Eric Schmidt、Innovation Endeavors、SAIF Partners、盈富泰克、空中客車公司。

 

 

2021年11月，Amprius宣布量產405Wh/kg能量密度的電池。短短幾個月的時間，其電池能量密度就提升了超過10%。2021年12月，該公司宣布其370Wh/kg版本的電池可以達到六分鐘內從0%充電到80%。但硅納米線技術也并非十全十美。中信建投指出，Amprius實用化的負極產品是“核-殼”結構硅碳負極，估計該硅納米線距離較低成本量產并制得高性能全電池還需要相當長的時間。未來隨著正負極、電解液、隔膜和電池單體共同發力，才可能實現它的性能目標。再考慮到成本問題，實際局面更復雜。

 

華寶證券也指出，在石墨負極相對成熟度較高的條件下，僅高鎳三元正極的規模化應用歷時就不止3-4年，而獲得量產400Wh/kg能量密度電池所難度要遠高于研發、生產高鎳三元正極。Amprius的硅納米線距離較低成本量產并制得高性能全電池預計還需要時間。