前幾天，特斯拉官方放出了一張電池日的最新海報，同日，CEO馬斯克在推特上表示特斯拉會在3-4年內批量生產壽命更長、而且能量密度提高50%也就是達到400wh/kg的電池。海外媒體研究後，得出了一個結論：這…好像是硅納米線的結構圖啊？！
我們之前猜測過特斯拉可能會在正極材料上做文章，使用單晶技術；也可能在負極材料上用Maxwell的乾電極技術+預鋰化的方式，再或者在電解液中加入新型添加劑。結果，特斯拉的納米材料預告圖卻在告訴我們，電池技術，我們還是有殺手鐧的！。
其實跟特斯拉合作的Amprius公司，早在去年就已經將這種新型電池投入使用了。Zephyr無人機搭載硅納米線電池後，在平流層飛行超過了25天。
這個公司也很有意思啊，現在已經偷偷跟特斯拉“暗度陳倉”了。圖片顯示，Amprius已經搬去跟特斯拉秘密的 Tera 電池製造工廠做鄰居了，特斯拉電池日也會在這裏舉辦。很好，真是近水樓台先得月，難怪Maxwell都要往後稍稍呢。
話説回來，就來講講這個所謂的“硅納米線”電池是什麼，注意斷句，硅/納米線，其實這種電池本質上就是用硅納米線取代了傳統鋰離子電池中的負極材料石墨。
那為什麼不用普通硅呢？硅對環境友好、資源豐富，工作電壓也與石墨接近，理論比容量也達到了4200mAh/g，也是目前合金負極材料中最高的。硅又便宜又常見，它不香嗎？
當然——是不行的。在循環過程中，硅會發生嚴重的體積變化。鋰離子電池的容量跟負極材料能夠嵌入的鋰離子數量有關，嵌入的鋰離子數目越多，電池容量就越大。充電過程就是鋰離子嵌入過程，硅材料隨之膨脹；在電池工作放電時，鋰離子從硅材料中脱出。
硅的主要問題是在嵌鋰的時候，體積相對於原來的大小膨脹了將近400%，類比以前的電池會出現鼓包的情況，硅作負極的電池膨脹以後可能鼓成原來的四個大。因此在脱鋰後，硅很難恢復到原來的形貌。
體積膨脹又會在硅材料上施加額外的應力，導致材料破損和龜裂。這一過程就是所謂的電極粉末化，通俗點來説就是，電極主觀對抗讓它膨脹的過程，結果用着用着，電池內部碎了。粉末化過程中，碎了的硅材料會從電極上脱落，這也會導致最後電池循環穩定性差，電池容量也會急劇下降。硅可以看作是一個反應容器，反應容器沒了，電池的反應也不能正常進行了。
而這個硅納米線，指的是寬度在10納米左右、長度無限制的材料，可以想象成硅納米帶，這是一種新型的一維半導體納米材料，內晶核是單晶硅，外部有一層SiO2進行包覆。
通過查詢專利可以大概瞭解到Amprius的硅納米線製作工藝：利用塗覆有硅塗層納米結構模版，使用PECVD工藝或熱CVD法，直接在導電基板上生長硅納米線。該納米線具有核殼結構，這一製備方法同樣也適用於在硅納米線上複合或參雜其它物質，以增強它的導電性和強度。
硅納米線就可以通過橫向膨脹來很好的釋放應力，不會造成納米線龜裂或破損，從而阻止了電極的粉末化。硅納米線之間有一定的間隙，體積膨脹的時候也有一些空間讓它膨脹，不會讓它相互擠壓。
另外，在電流集電極上直接生長納米線還可以增強納米線與襯底之間的物理和電學接觸，一般來説，電極材料是通過粘結劑粘在電極上的，這種方式等於讓硅從電極上“長”出來，可以讓每根納米線上的電子都可以很好的傳輸至外電路。納米線的導電性也能通過和其他材料不同方式的合作得到提高，比如摻雜、合金化、核殼材料等形式，硅納米線導電性的問題也就不用擔心了。
聊到現在，雖然硅納米線有這麼多的優勢，但我還是堅持認為這個硅納米線電池，特斯拉可能會使用，卻也不能把所有容量提升全都歸功於這一點。為什麼？
從成本角度來考慮，儘管硅的儲量很大成本很低，但上述的製備工藝成本可不低。無論是納米化還是上面提到的化學氣相沉積法（也就是CVD），都在無形中提高了硅納米線負極的成本。
這種工藝屬於高耗能工藝，加工難度和製造成本都高於人工石墨。如果真的大規模生產的話會導致成本不可接受。新能源車上的電池和航空航天領域的不一樣，這是需要大規模量產的，但航空航天的材料隨隨便便燒個幾百億都算正常的。成本如果降不下來，最終還是要轉嫁到消費者身上。
性能表現上説，儘管Amprius的專利顯示硅納米線循環180次後仍能達到1000mAh/g的能量密度，但整合在電池上終究不是負極材料一家説了算，搭配正極和電解液，硅納米線電池的最大容量以及循環性能究竟是個什麼水平還要打個大大的問號。成本與這個提高程度是否成正比，也要等量產之後才有答案。
還有一個比較關鍵的問題是，現在制約純電動車的電池容量上限的並不是負極材料，而是正極材料。從NCM523，到NCM622再到NCM811，這一路走下來，電池的發展趨勢都是提高鎳在電池中的比例。就算是今年大火的磷酸鐵鋰刀片電池，也只是從模組層面進行提升。
雖説負極材料沒少折騰，前段時間廣汽新能源還宣傳了石墨烯作負極的種種優勢，可到現在，也沒透露出更多信息，但是各大廠商就真這麼傻，想不到改善負極來提升電池容量嗎？
電池負極容量對電池總比容量的貢獻遠沒有大家想象的這麼多，石墨的理論容量為372mAh/g，特斯拉Model 3摻入10%硅基材料的石墨負極容量約為550mAh/g。那Model 3的續航里程有明顯提升嗎？
特斯拉這個“渣男”的態度就是，不承認、不否認、不知道，我可以暗示跟Amprius合作了，採用了硅納米線技術，但只要我不承認，你們就都得等到9月22日電池日才知道到底怎麼回事。我們能怎麼辦，就等馬斯克到時候再揭曉唄。
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