隨著電動汽車市場的快速增長和可再生能源需求的增加，高能量密度的鋰離子電池得到了迅速發展。

目前，商用鋰電池通常采用石墨作為負極，正極材料則為磷酸鐵鋰或鋰鎳錳鈷氧化物等多元鋰鹽。

這類電池的實際比能量大約為250Wh kg-1，難以滿足下一代電池的需求。電動汽車市場迫切需要比能量更高的鋰電池（>400Wh kg-1），以實現更長的行駛里程（>500km）。

在過去的十多年里，硅基材料因其理論容量是石墨的近10倍而備受關注。然而，硅基材料在實際應用中面臨三大主要挑戰：

第一，硅是半導體，電導率較低。

第二，充放電過程中，硅的體積膨脹系數大（~300%），存在安全隱患，易引發電池爆炸。

第三，體積膨脹導致電極材料表面的鈍化層不穩定，循環性能差。

這些問題限制了硅基材料在鋰電池中的應用。因此，目前商業領域主要是在石墨中添加少量硅，制成復合負極材料，以提升鋰電池的比能量。

近期，總部位于美國密歇根州的新能源材料公司Paraclete Energy宣布，推出一種名為SILO Silicon™的革命性硅負極材料，有望改變鋰離子電池市場，尤其是電動汽車電池領域。

這種創新技術提供了更高的能量密度和成本效益，可以使電動汽車的續航里程更長、充電速度更快、成本更低。

復合材料采用聚合物基質，提高了負極復合材料中的硅含量，其能量密度比傳統石墨負極高出300%。

Paraclete Energy計劃于2024年第四季度開始交付SILO Silicon™負極材料，其預計，“比競爭對手項目提前了數年”。

美國的電池制造商更專注于磷酸鐵鋰電池，因此，該公司計劃使用SILO Silicon™材料替代磷酸鐵鋰電池中常用的傳統石墨負極。

據估算，該材料的電池成本為每千瓦時35美元，而目前同類電池的成本約為53美元/千瓦時。

據公司相關資料，SILO Silicon™的能量密度可達到520Wh/kg，“遠超傳統石墨負極”，性能是商用材料的3倍。

更高的能量密度使電池在同等重量下能夠提供更多能量，非常適合電動汽車和固定儲能應用。

該公司致力于突破電池技術的限制，迎合全球向可再生能源轉型以及對高效、經濟實惠能源存儲解決方案的日益增長的需求。

Paraclete Energy的CEO杰夫·諾里斯（Jeff Norris）對媒體表示：“我們的SILO硅正極技術代表了經濟高效、高性能儲能的未來，不僅能顯著降低成本，還為電動汽車和固定儲能的快速應用設立了新的標準。”

雖然公司尚未公布具體的負極配方，但在產品說明書中引用了美國阿貢國家實驗室的研究結果。

數據顯示，SILO Silicon™材料的硅含量高達83%。而目前商用硅基負極材料普遍采用昂貴的高溫工藝，硅含量普遍低于20%，其余成分主要為碳基質，含量大于80%，用于穩定硅材料，減少電極膨脹。

Paraclete Energy公司的SILO Silicon™材料中，硅含量大幅提高的原因，得益于先進的材料科學和優化的制造工藝。

SILO Silicon™采用一種廉價的聚合物基質，將直徑約150納米的硅顆粒，封裝在直徑為5到7微米的聚合物微球中。

利用高分子交聯性、彈性和多孔性，將電極膨脹率控制在低于4%的水平，有效解決了硅基材料膨脹帶來的問題，滿足鋰離子電池的安全要求。

多孔聚合物微球使電極材料具有高離子導電性，且電極鈍化層可以在微球表面形成，避免了硅納米顆粒膨脹對鈍化層穩定性的影響，成功解決了硅基負極的三個主要挑戰。

此外，該材料的全電池倍率性能可以從1C提升到8C，最快在7.5分鐘內充滿電，并通過降低恒流充電循環中的過電位，提高6C循環的容量保持率，首次庫倫效率達到90%。

諾里斯對媒體表示：“我們在2021年底開始與客戶進行測試，目前正在進行第三和第四輪的性能優化。由于不同正極材料的電壓范圍不同，我們必須將其與硅負極進行匹配。”

目前，SILO Silicon™材料可以使現有電池組的續航里程超過1000公里。實際測試中，充放電循環次數超過1000次。

“這項技術滿足了目前市場的關鍵需求，提供更長的續航里程、更快的充電速度和更低的成本——所有這些都是加速電動汽車普及的重要因素。”諾里斯對媒體說。

(關鍵字：硅負極新材料)