美国硅基负极电池公司汇总

美国硅基负极电池公司汇总
 

今年5月份佛罗里达电池大会上，“硅负极技术正快速成熟”成为最突出的主题之一，Amprius 凭借高能量圆柱电池荣获“最佳展品奖”；Coreshell、Nanograf、LeydenJar、GDI、Blue Current、Paraclete、Sionic、Enovix 和 Anthro 等公司均展示了推动硅基负极技术进展的最新成果，主流解决方案包括：构筑特殊硅微结构、聚合物或其他材料的包覆保护，以及 Si-C 等复合体系。

 

Coreshell 首席技术官 Roger Basu 从成本角度阐述硅负极的重要性：美国电动车均价已超 4 万美元，而主流购车区间在 2.5–3 万美元。通过纯电动汽车实现交通电气化是最大幅度削减排放的最快路径，他说，但成本是障碍，而电池是主要因素。

Coreshell 的目标是利用冶金级硅降低成本，Basu 表示其成本仅为石墨的一半，比容量却是石墨的 10 倍。

 

为说明立场，Basu 给出假设场景：每年将美国 10 % 的车辆电动化——他认为这是激进的目标。按每辆车 70 kWh 计算，这些电动车每年需 2 TWh 以上电池产能。若由石墨承担增量，“美国本土产量需扩大 10 倍才能满足需求”，他补充说，多数需为人造石墨（成本提升 2–3 倍），因北美天然石墨极少。据他计算，若采用金属锂负极，锂金属产量需增加 200 倍。“在我们看来，金属锂电池若要面向大众市场，只能走无负极路线，即负极零过量锂。”他说。

 

相比之下，他说硅是唯一美国本土产量已超需求的负极材料；若用 SiO 或硅烷，也需 200 倍增产。因此，Coreshell 采用冶金级硅，Basu 表示通过其合作伙伴 Ferroglobe 从 98 % 微提纯至约 99.9 %，“成本极低——约每公斤 1 美元”。

 

Coreshell 技术的核心是一种专有涂层，涂覆在仅研磨至微米级的冶金硅上，Basu 强调进一步纳米化会使成本过高。

 

Coreshell 目前的目标配方是 80 % 硅 + 10 % 石墨，计划本十年末完全去除石墨。他们主要与 LFP 正极配对，因其每 kWh 成本最低，且供应链安全优于 NMC。罗兰伯格的成本分析显示，该冶金硅电芯比石墨-LFP 方形动力电池便宜 17 %，比石墨-NMC 4680 便宜 25 %。

 

Coreshell 计划今年送样 60 Ah 硅-LFP 电芯，能量密度约 250 Wh/kg——Basu 所知全球最高 LFP。他展示了 5 Ah 软包数据：470 次循环（对称 C/2 充放，<20 psi 可压缩泡沫）后容量保持 92.4 %。

 

GDI 也在负极中使用纯硅，其技术是在高抗拉强度铜箔上用 PECVD 连续沉积约 15 微米的多孔非晶硅层。CEO Robert Anstey 表示，这层面容量可达 7 mAh/cm²，相当于需 35 微米金属锂或 100 微米石墨无法达到的水平。沉积技术由旭硝子开发，后者以摩天大楼规模镀膜建筑玻璃。Anstey 的报告显示，他们对这种含至少 40 % 非晶硅的多孔储锂层拥有专利保护。

 

Anstey 说，该方法有效是因为在化成过程中硅膨胀“自建成一座城市”，形成孔道“道路”；收缩时则“为自己留出可呼吸的空间”。他表示其负极支持 10 C 充放，全电池能量密度超 300 Wh/kg 和 900 Wh/L，已由第三方实验室在无外加压力下证实。

 

初期应用领域包括医疗器械和无人机，这些场景通常不允许深度放电，因此可循环约 500 次后才降至 80 % 容量。Anstey 还展示了 5.5 Ah、>270 Wh/kg 电芯在 4 C 充电 / C/3 放电工况下循环 300 次，对应 500 英里续航。“这证明高能量与极速快充可在同一电芯实现。”Anstey 说。

 

GDI 租用 AGC 厂房并安装设备，计划 2027 年扩至 25–100 MWh，2028–2029 年达到 1 GWh。Anstey 表示，该技术在 GWh 规模下可将负极材料成本降至 <$15/kWh，并引述 REC Silicon 称其过剩硅烷足以生产逾 50 GWh 负极材料。

 

总部位于荷兰的 LeydenJar 专注于纯硅负极，主攻消费电子——手机、笔记本、可穿戴设备。他们设想这些设备因 AI 算力提升而需更大电量。其主打产品是一种自带孔隙的硅箔负极，像海绵一样吸锂，避免膨胀。高级商务开发 Tim Aanhane 表示，在 5 Ah 软包中，其方案比现有市场标准体积能量密度高 50 %，达 900 Wh/L；进一步改进可达 1250 Wh/L，500 次循环后容量保持 80 %，无需外部压力。

 

LeydenJar 与 GDI 一样采用 PECVD 直接在铜箔上沉积硅颗粒，但设备自研。“我们在硅柱内部及柱间留孔隙，供硅膨胀。”Aanhane 解释。

 

整个过程干燥，“无需涂布、辊压、加热或干燥”。他们现有 1 MWh 中试线，计划 2029 年扩至 1 GWh。尽管目前聚焦消费电子，Aanhane 表示 GWh 级后将考虑汽车应用。

 

Paraclete 

Paraclete 企业战略副总裁 Paul Jones 介绍了最新 SILO 负极技术。他大胆宣称，该负极将真正颠覆市场——续航翻倍、极速充电且成本更低。“该产品将最终兑现硅负极在锂电池中的承诺，并重新点燃消费者对电动车的热情。”Jones 说。

 

Paraclete 从包括冶金级在内的多种硅源出发，Jones 表示他们将硅研磨至中位粒径约 150 nm，再以双层聚合物基体包覆。第一层非常柔韧但无弹性；第二层则柔韧、多孔且弹性十足，SEI 形成于最外层。Jones 解释，充电时硅纳米颗粒膨胀 300–400 %，如同预期，但聚合物层有效吸收膨胀，对 SEI 影响极小。该设计使其硅含量可达 80 %，能量密度“为石墨 240 %，且超过最接近的硅负极竞争者逾 50 %”。示意图显示能量密度 520 Wh/kg，但未展示相应循环数据。CEO Jeff Norris 在 2023 年佛罗里达电池大会上曾展示 1000 次循环 80 % 保持率。此前版本的负极亦用于阿贡国家实验室研究，显示在 8 C 快充下容量保持提升。

 

Jones 声称，基于 SILO 负极的 LFP 电池成本 $35/kWh，远低于石墨-LFP 的 $53/kWh，续航提升 2.5 倍，且 7.5 分钟可充至 80 %。

 

Blue Current 专注固态电池，目标最小化或消除压力需求。电池研发高级经理 Priyanka Bhattacharya 表示，他们在负极中使用“全干法”自有弹性复合电解质，并于 2018 年全面转向硅负极。这些材料“可实现极高硅含量的硅负极，通常为传统液态锂电的 10 倍。”她解释。

 

他们将该负极与复合聚合物-硫化物无机电解质隔膜及 NMC622（及更高镍）正极配对，并辅以全干复合电解质。

 

Bhattacharya 展示了小软包数据：预计 1500 次循环（C/5 充放，2.5 MPa 压力）后容量保持 80 %；2 C 充放可保持 C/5 容量的 93 %。她表示，有望在 <1 MPa 压力下实现 1000 次循环 80 % 保持率，且模型分析表明，只要能量密度 >650 Wh/L，该压力在电动车模组中可接受。图示显示，当前 10 Ah 软包能量密度约 950 Wh/L，他们计划通过减薄隔膜进一步突破 1000 Wh/L。

 

Amprius 首席技术官 Ionel Stefan 表示，他们有两条产品线：SiMaxx（纯硅纳米线负极）和 SiCore（SiO）。SiMaxx 能量密度最高，商业版达 1100 Wh/L 或 450 Wh/kg，开发版达 1300 Wh/L 和 500 Wh/kg，但循环寿命仅约 150 次，且需光伏行业改造设备与其他电池设备对接。

 

Stefan 解释，真正将新技术推向市场需低成本、高产能，并兼容现有设备，从实验室到 GWh 规模每一步需数年。“这就是固态电池永远‘十年之后’的原因，现在可能还是。”他打趣道。

 

因此，SiCore 方案带来若干优势。Stefan 表示，该纳米结构 SiO 材料为“受保护、稳定化材料，可直接掺入石墨混合物”，无需新设备，可直插现有超级工厂。相比 SiMaxx，SiCore 能量密度略低——商业版最高 400 Wh/kg 或 875 Wh/L——但循环寿命提升。Stefan 展示，在 90 % DOD 下可循环 1000 次以上。

 

此外，SiCore 进入 18650 和 21700 圆柱电芯，Stefan 称其在微出行领域需求旺盛。SiCore 支持更高功率倍率；原型显示“10 C 连续放电，15 C 带冷却”及更高脉冲功率，循环降至 200–300 次，适用于无人机。

 

他们还开发了 70+ Ah SiCore 原型软包，可用于电动车，但主要面向超跑或电动垂直起降（eVTOL）应用。全系列约 20 种设计，针对不同功率、能量或平衡需求，特别适用于无人机、伪卫星及 eVTOL。

 

更多 SiO 与 Si-C 方案……

Nanograf 采用“掺锂专有金属掺杂氧化亚硅”（SiO）负极。商务副总裁 Tim Porcelli 重点介绍 m38 3.8 Ah 18650 电芯，优化低温性能，符合美国国家安全指令，已可商业采购。

 

“目前我们是美国唯一大规模生产电池级氧化亚硅的公司。”Porcelli 说。他提到获能源部 6000 万美元拨款，在密歇根 Flint 建设 1.75 亿美元工厂，年产 2500 吨硅负极，计划 2027 Q4 投产，最终扩至 11.5 GWh 原材料供应。

 

该项目源于军方需求，提供更高能量、更长续航 18650 电芯，产品较现役电池“战术电台背包轻 23 %、续航多 8 小时”。该电芯体积能量密度 790 Wh/L。Porcelli 强调其低温性能：-30 ℃ 容量保持 71 %，而竞品仅 25 %。

 

其最新负极材料代号 Onyx。以冶金硅为原料，经升华、掺锂、表面包覆、喷雾干燥制得电池级材料。Porcelli 对比 Si-C 需多步制备硅烷再高温 CVD 的工艺，称 Onyx 可直接用于现有超级工厂，规模化后与石墨“每 kWh 相对价格持平”。

 

该材料首效 92 %，用于电动车可提升续航约 30 %。

 

Sionic 在 Group14 硅-碳复合材料上施加导电保护层，并调配先进电解液、粘结剂与添加剂。CTO Karthik Ramaswami 表示：“我们只做授权，不建 GWh 工厂。”

 

他们兼容任何正极与 Si-C 材料，且无需压力。对比聚丙烯酸基电解液，Sionic 电解液使循环寿命提升 2–3 倍（约 1200 次），能量密度提升 12 %，6 C 快充能力提升 33 %。Ramaswami 展示了 10 Ah 软包：化成膨胀 10 %，后续循环 <2 %。Gen3 设计达 1000 Wh/L 和 370 Wh/kg，10 及 20 Ah 软包可实现 10–15 分钟充至 80–90 %。

 

Enovix 客户应用工程副总裁 Jerry Hallmark 指出，AI 驱动的消费电子急需更高能量。其技术通过激光图案化构建 3D 架构 Si-C/SiO 电极，水平堆叠 50–200 层正负极，并以不锈钢上下约束封装。EX-2M 手机电池能量密度较传统石墨提升 30 %，循环 1000 次，支持快充；用于 AR 眼镜可提升 57 %。样品现已可送。

 

最后，Anthro Energy 公司的CEO David Mackanic 展示了一种液态电解质，其在化成时原位聚合，“兼具传统固态电池诸多优势”。该电解质兼容任意正负极，案例显示用于硅负极。以 2.5 Ah NMC811||Gr+SiC（硅为主，电极级 1000 mAh/g）软包对比：传统电解液 400 次循环容量降至 80 %，无压条件下 Anthro 电解液 400 次保持 93 %，且整体膨胀降低约 50 %。

 

Mackanic 解释，电解质将各层粘结，并在硅颗粒周围形成弹性网络；同时不燃、柔韧，可提升安全并支持特殊形状应用。