全球电池技术的竞赛从未停止。
在过去的几十年里，电池制造商、汽车制造商、科学家和其他寻求电气化的人在全球花费了数十亿美元，主要集中在电池化学上来制造下一代新型电池。
当今比较有前途的下一代电池有固态电池、锂硅电池、锂硫电池和锂氧电池，这些电池的能量密度都比目前正在商用的磷酸铁锂电池和三元锂电池高了一倍以上。
在这些最具潜力的电池类型中，锂硅电池已经在商业上进行部署，包括在航空领域和汽车领域。
硅作为电池的负极有一个非常明显的缺点：在充电和放电时会发生体积膨胀和收缩，从而限制了电池的寿命和性能。这导致了制造商在商业采用之前需要先解决这些问题。
尽管如此，但是硅的存储容量非常惊人，达到了4200mAh/g，比石墨的存储容量高了十倍！
无论是学术界还是工业界，都在努力地攻克硅膨胀的难题，近期取得了一系列可喜的重要进展。
在大多数情况下，开发硅基电池的研发机构会将硅与石墨混合以提高电池的能量密度。而另一种方法是使用 100%的纯硅负极，以产生更高的能量密度。
如前几天写的一篇文章《经过15年的技术攻关，超高能量锂电池终于面世，电动汽车续航破1500公里》介绍了先进的电池制造商Amprius最新发布的商用锂硅电池，其负极就是100%的纯硅，硅负极的制造工艺采用硅纳米线，电池的能量密度高达450Wh/kg，是目前已知商用锂电池中能量密度的最高水平。
昨天，又一家锂离子电池公司Zenlabs发布了一种新型的锂硅电池，这种电池用的是预锂化硅负极工艺来提高硅负极的存储容量，经由独立的第三方测试公司Energy Assurance进行验证，他们的锂硅电池具有327.5 Wh/kg的超高能量密度和大于3000W/kg的高额定功率，且具有大于1000次的充放电循环。
目前以上两种超高能量密度的锂硅电池由于制造工艺技术成本比较高，因此，暂时只用于航空领域。
而电动汽车领域锂硅电池的量产也有好消息。
温哥华的一家专注于电动汽车和储能应用的锂离子电池材料的研发公司NEO Battery Materials Ltd.将10%的硅与石墨混合作为电池的负极，将负极的存储容量提升至了2500 mAh/g，比纯石墨负极的存储容量高了6.7倍！他们已于上个月开始进行全面的锂硅电池量产工艺设计。
而另一家电池制造商OneD Battery Sciences不但开发了锂硅电池，而且在量产工艺上降低了成本。他们成功地将硅纳米线融合到来自多家供应商的商业石墨粉上，将负极容量提高了三倍（>1000 mAh/g），此外，电池的充放电循环超过1000次。
更重要的是，由于他们是利用多家供应商提供的商业制造设备开发的，这节省了很多步骤，从而将电动汽车锂硅电池负极的成本降低了近50%，他们计划于2024年全面量产锂硅电池用于电动汽车领域。
说了这么多，可能还是有人觉得没有真正应用在电动汽车上就是在吹牛，那就来说一个已经应用的例子：全球首创，续航破千搭载海绵硅负极片电池的广汽埃安今年已经上市了。这种电池的制造工艺用的是纳米复合硅技术、自修复功能的粘结剂技术、梯度复合涂布技术，目的都是为了保证硅负极结构的稳定性。
广汽集团称，通过以上海绵硅负极片电池技术群，单电池的能量密度达到280Wh/kg，电池的体积和重量都相应地减少，因此，同样的空间可放更多的电池，因此搭载海绵硅负极电池技术的纯电车型续航破1000公里。
可见，硅做为电池负极，技术上已经可行，目前的问题是生产成本依然比较高，如广汽这款硅电池千里版纯电售价高达46万RMB。
赢得电池竞赛的不仅是性能改进，还包括完善生产和降低成本。电动汽车行业正在努力解决如何以更低的成本提供续航里程更长的电动汽车。
业内专家预测，未来几年，在固态电池实现真正的量产前，2025 年电动汽车竞赛的获胜者将是能够将更多的硅放入电池负极的制造商。
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作者为中国科学院博士，美国藤校研究员，科学技术控，接触一线科技研发，乐于分享，欢迎关注科技酷探。
