松下和 Sila Nanotechnologies 将通过在锂离子电池中用硅替代石墨来制造硅基电动汽车电池。最近，两家公司签署了一项协议，为未来的电动汽车开发锂离子电池。在新电池中，他们将用硅替代石墨，从而提高性能并延长使用寿命。新开发的电池具有提高性能和延长使用寿命的潜力。
松下近日宣布与硅负极材料制造商Sila Nanotechnologies达成一项激动人心的合作，计划在2024年前将Sila Nanotechnologies的技术融入松下现有的电池生产线。这项新技术将显著提升电动汽车的续航里程并缩短充电时间。该技术以硅材料取代锂离子电动汽车电池负极上常用的石墨材料。
根据国际能源署（IEA）的报告，2023年全球电动汽车销量高达14万辆，而且未来几年这一数字还将继续飙升。这些车辆目前依赖于不断改进的尖端锂离子电池。然而，尽管技术不断进步，但仍存在一些挑战，限制了电动汽车的整体实用性和便利性。
美国Sienza Energy首席科学家Azin Fahimi表示： “电池相对于其尺寸和重量的储能能力（称为能量密度）是电动汽车的关键因素，因为它会影响电动汽车单次充电可行驶的距离。”
Azin Fahimi 的团队正在研究硅阳极的实现，她还补充说：“另一个关键方面是功率密度，它指的是电池提供能量的速度。”
为什么新硅阳极会影响续航里程和充电时间？
电池依靠带电粒子（称为离子）在两个电导体（称为电极）之间的移动。在充电过程中，锂离子从阴极（正极）穿过电解质。然后进入阳极（负极），并一直停留在那里，直到需要它们来提供电力。
“当电池为设备供电时，锂离子会从阳极移回阴极。这种离子移动使得电子能够流经外部电路，从而产生电流为设备供电，”法希米补充道。
电池的性能很大程度上取决于阳极材料。阳极还负责储存离子，直到需要为汽车供电时才释放出来。
法希米表示：“好的负极材料应该具备高锂存储容量以确保高能量密度，良好的导电性以促进高效的电子流动，以及快速的离子传输以实现快速充电能力。此外，负极还需要稳定的结构，在离子流入和流出时不会发生体积变化，因为这会损坏表面。”
松下和Sila Nanotechnologies将合作生产硅基电动汽车电池。传统上，由于石墨具有层状结构，因此锂离子电池广泛使用石墨负极。这种层状结构允许离子在不发生显著体积变化的情况下移动。
“由于其化学性质，硅每克可容纳的能量比普通硅多十倍以上。这种更高的容量意味着硅可以存储更多的锂离子，从而提高电池的能量密度。更高的能量密度意味着电动汽车单次充电后续航里程更长。不幸的是，硅在充满锂离子后会膨胀到原来的三到四倍，导致机械应力并最终导致阳极材料降解，”Fahimi 解释道。
因此，硅阳极的纳米级设计对于解决这一挑战至关重要。在随后的研究中，Fahimi 在 Sienza 的团队和 Sila 的团队致力于解决这个问题。
