全硅电池应用的先行者-安普瑞斯2022年5月投资人报告

2022年5月12日美国安普瑞斯释放了其最新的投资人报告，安普瑞斯是斯坦福大学崔屹教授创办一家电池企业，是全硅电池应用的先驱和领先者，也是本人持续关注的企业。以下为报告中的主要技术内容。

1、硅负极材料

是硅负极材料！注意安普瑞斯目前宣传的负极材料是100%硅材料（实际的硅含量在99.5-99.9%），而不是硅基负极材料。对于传统石墨负极仅能提供360mAh/g的克容量发挥，而硅负极材料则可提供3400mAh/g的实际克容量（扣电数据）。这显然使得硅负极材料极具竞争力和吸引力，但是硅负极材料完全脱嵌锂时的体积膨胀也达到了300%给硅负极材料的应用带来了极大的挑战。在之前关于安普瑞斯的介绍中已多次提到，针对硅负极这一用户应用疼点，安普瑞斯的解决方案是原位生长的硅纳米阵列负极设计，通过在集流体表面原位生长出定向排列的硅纳米线形成硅纳米阵列负极，这样避免了常规硅颗粒在脱嵌锂过程大的体积变化导致失效问题，硅纳米阵列负极结构在脱嵌锂过程中体现了很好的可逆性，此外阵列结构也为电化学反应的传质提供优势，传统电极设计的曲折度较高，而阵列结构锂离子传输距离更多，电极的曲折度更低，这样，硅纳米阵列负极可以具备更好的倍率表现。

引入硅负极材料后对于电池最直接的好处就是质量能量密度和体积能量密度的提升，对于石墨体系质量能量密度较高的水平可以达到260Wh/kg，体积能量密度达到700Wh/L，引入硅负极材料后，这两个数据分别达到450Wh/kg和1150Wh/L，对于各种耗电设备就意味着更长的使用时间。

2、安普瑞斯的硅负极电池

从目前安普瑞斯的应用场景来看，包括几个方面：1）无人机系统，包括无人侦察机和无人运输机，无人侦察机用到的是容量1.4Ah，能量密度390Wh/kg（0.2C）的电池，应用硅负极电池，可以在保持重量和体积不变的条件下飞机的飞行时间显著增加；而无人运输机用到的是10Ah的电池，电池能量密度300Wh/kg（1C），应用硅负极电池，可以给多轴无人运输飞行器更快的充电速率和更大的服务半径；2）平流层太阳能无人机，无人机用到的是容量5.8Ah，能量密度450Wh/kg（0.2C）的电池，应用能量密度更高的硅负极电池可以使得无人机能装载更多的功能设备实现平流层的无人机作用，空客就是安普瑞斯的用户；3）电动垂直起降飞行器，应用到的电池容量超过15Ah，能量密度超过380Wh/kg（0.2C），与多轴无人运输飞行器类似，应用硅负极电池会带来更快的充电速率和更大的服务半径。

3、硅负极电池的大规模应用

硅纳米阵列负极采用集流体表面原位生长的方式形成，电池工艺除了负极段需要新的工艺，而正极和后端其他部分都与现有工艺相同，这样硅负极电池最大的挑战在于硅纳米阵列负极的大规模制备。安普瑞斯于2014年完成硅纳米阵列负极的设计定型，2016年完成了kWh规模的硅负极试制，2018年正式对外商用，2021年GWh规模的硅负极试制项目正式启动。

GWh规模的硅负极试制对于全硅负极及其电池的应用是非常具有里程碑意义的事件，安普瑞斯的硅负极设备的合作对象是德国的Centrotherm公司（https://www.centrotherm.de），报告中给到的设备是应用于太阳能电池膜层沉积的高产能PECVD设备，具体设备信息可以查看以下信息：https://www.centrotherm.de/zh/equipment/c-plasma-x。

原文始发于微信公众号（下一代电池）：全硅电池应用的先行者-安普瑞斯2022年5月投资人报告