锂电池 能量效率 能量密度全球最高，这个锂电池技术将迎来第二春？

能量密度全球最高，这个锂电池技术将迎来第二春？

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锂电池赛道又有大消息。

据外媒最新报道，美国Amprius公司宣布，已经生产了第一批超高能量密度的锂电池，能量密度达到450Wh/kg，是目前可用电池中能量密度最高的，比目前最先进的特斯拉Model 3电池还有高出73%，而且体积还减少了37%。

据Amprius公司表示，这款电池能够实现如此高能量密度的主要原因是，其采用了硅纳米线技术。

趁此机会，我们来和大家聊一聊这个硅纳米线技术到底是个什么东西？有哪些优劣势等等问题。

什么是硅纳米线技术？

据华宝证券研报，硅纳米线指的是宽度在10纳米左右、长度无限制的材料，是一种新型的一维半导体纳米材料。

硅纳米线作为一种已知技术，可取代传统锂离子电池中的负极材料石墨，减轻电池重量和体积，从而提高电池效率，有助于制造能量密度更高、使用寿命更长的电池。

中信建投也指出，将硅纳米线应用于锂电负极，体现出了若干理论优势：具备离子、电子通路；适应嵌锂前后的体积变化；利于电解液渗透和储存；具备较高活性物质利用率。

资料显示，硅纳米线技术的研发方向早在Amprius公司成立之初便已确定，利用纳米技术，能够在微小的硅纳米线中存储锂，这些纳米线的厚度约为一张纸的千分之一，硅纳米线吸收锂后仍会膨胀，但纳米技术可防止硅破裂，可以实现市场上最高的能量/功率比。

据Amprius介绍，由于硅是能量密度的最佳材料，因此纳米线技术使用100％的硅意味着可以提供当今世界上能量密度最高的电池。

该技术曾因“特斯拉电池日”引发市场关注

事实上，硅纳米线电池此前就曾因特斯拉电池日而引起广泛关注。

Amprius与特斯拉的关系非常紧密，其选址的附近就是特斯拉的电池制造工厂和秘密电池实验室，其甚至将办公室都搬到了特斯拉电池实验室。

2020年8月，在特斯拉电池日召开之前，马斯克在推特上表示特斯拉会在3-4年内批量生产寿命更长、而且能量密度提高50%也就是达到400wh/kg的电池，目前Model 3的松下2170电池电芯能量密度为260wh/kg。

随着特斯拉电池日临近，2020年9月19日，特斯拉发布了电池日活动的注册页面，页面背景图片是一种新电池材料――硅纳米线的结构图。

结合马斯克的言论，当时就有媒体猜测，特斯拉电池日即将发布的新技术可能会涉及硅纳米线负极，Amprius正是这款动力电池的幕后“大脑”。

但后来的特斯拉电池日，这一技术并未亮相。

此前硅纳米线技术存在哪些问题？

中信建投指出，Amprius实用化的负极产品是“核-壳”结构硅碳负极，估计该硅纳米线距离较低成本量产并制得高性能全电池还需要相当长的时间。未来随着正负极、电解液、隔膜和电池单体共同发力，才可能实现它的性能目标。再考虑到成本问题，实际局面更复杂。

华宝证券也指出，按照Amprius的预期，将硅负极容量提升到1000mAh/g测算，此时电池质量能量密度达到334Wh/kg，距离400Wh/kg仍有约20%。为了实现目标，需要对正极、电解液乃至整个体系继续进行大幅改良。

其指出，在石墨负极相对成熟度较高的条件下，仅高镍三元正极的规模化应用历时就不止3-4年，而获得量产400Wh/kg能量密度电池所难度要远高于研发、生产高镍三元正极。和中信建投一样，华宝证券也认为Amprius的硅纳米线距离较低成本量产并制得高性能全电池预计还需要时间。

不过随着此次Amprius宣布首批锂电池生产成功，相关产业化节奏有望加快。来源：华尔街见闻；作者：尹洪昌；原标题：能量密度全球最高，这个锂电池技术将迎来第二春？

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锂电池大规模制造生产效率以及能量密度提升的需求，给锂电设备企业提出新命题

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以动力电池为例，卷绕作为锂电池制造最重要的工序之一，其核心难点在于如何在高速卷绕下保证电池的质量，特别是安全性和一致性。因此，提升卷绕效率、稳定性等依然是卷绕设备的核心痛点。

而在消费电池领域，一些新工艺、新技术的诞生，也给锂电设备企业提供了新的发展机会。

广东速锐智能科技有限公司（下称速锐智能）成立于2017年9月，作为一个新进入者，针对性地开发了应用于数码电池和动力电池领域的核心产品，助力电池企业提升产品性能和降低成本。

破解极片激光清洗难题

数码电池经过多年的发展，在制造工艺、产线工序和应用市场等方面都较为成熟，整体发展较为稳定。

不过，5G时代到来，特别是手机终端客户要求进一步提高电池容量及快充性能，催生数码电池制造方面衍生一些新技术。如利用激光清洗机在极片中间进行极耳焊接位置的涂料清除工艺。

在传统的数码电池制造过程中，极片在经过辊压分切之后，直接在涂布留白区焊接极耳。这种工艺并不利于电池能量密度提升和制造成本降低。

而新的工艺是将极片涂料中间位置按照既定工艺尺寸把涂料层利用激光清除掉露出铜箔，裸露出中间的金属导电集流体，并使之能达到电池TAB焊接的要求，从而提升能量密度和箔材利用率。

激光清洗机就是这种新工艺下的创新产品，这对清洗设备在清洗效率、精准度、稳定性、除尘等方面都提出了极高的要求。

激光清洗机

速锐智能研发的极耳激光清洗机清洗效率高，质量稳定，清洗面积达（0~20）mm*(0~50)mm，清洗正反面错位±0.4mm，清洗极片宽度范围35mm-160mm。

同时高速工作状态稳定，定位精度 “公司的激光器全部采用进口，光束稳定可靠，清洗效率高，从而保障极片清洗不受损。”速锐智能研发负责人龙荣清对高工锂电表示，由于电池厂为了提高能量密度，今后箔材使用上将会趋于越来越薄，进而对激光器性能的要求也越来越高。而清洗后的箔材透光、箔材涂料残留将是激光清洗技术面临的提升项目。

由于清洗过程中会产生大量粉尘，粉尘控制难度大。因此除了要求清洗稳定可靠之外，如何实现除尘彻底也是关键。

据速锐工程师介绍，速锐智能的新一代清洗机吸尘风口采用流线型圆弧过渡设计，经CFD流体力学计算模拟，用3D技术直接打印成型。相较传统的吸嘴，风速更高，除尘效果更明显。

速锐智能认为，在下游市场终端性能要求提升以及电池企业提升竞争力的推动下，极耳激光清洗机有望在高端数码电池制造领域发挥积极作用。

据了解，目前速锐智能的激光清洗机已经发展至第四代，在惠州锂威、维科技术、杭州万向等头部数码电池企业批量应用。

曾几何时，国内高端卷绕机市场主要被日本CKD、KAIDO及韩国KOEM占据，国产卷绕设备一度被进口压得难抬头。

然而，在下游动力电池行业快速发展的带动下，本土卷绕机企业经过激烈竞争的洗礼，不断优胜劣汰，技术追赶乃至赶超国际一流水平，在高端领域的市场份额逐步扩大。

目前，国内已经产生了一批国产卷绕设备的优秀代表，但在卷绕设备的技术提升上，中国设备企业仍在持续探索。

速锐智能总经理范自雄对高工锂电表示，公司的卷绕机已经更新至第三代，目前正在积极开拓主流市场客户。

全自动卷绕机

据了解，速锐智能的卷绕机在卷绕线速度、张力波动、卷绕对齐度等性能方面进行了升级。

具体来看，其卷绕线速度可达3M/S，卷绕头采用直驱结构和DD马达，放卷采用额定转速5000r/min的大功率伺服马达，设计采用最优惯量比（1:3）。

在张力控制方面，采用高响应性能的音圈马达和张力控制器，实现闭环控制，减少张力波动幅度和提升张力准确性。在客户现场实测张力波动值达±3%，当前主流电池企业的要求在±5%以内，而行业平均水准则在±5%-7%左右。

速锐智能表示，公司的卷绕机张力波动值更低主要是得益于在设备单元硬件以及软件算法方面的优化，使得卷绕性能更稳定。

与此同时，卷绕之后的电芯的预压回弹空间更小，表明卷绕应力更小更均匀，更有助于提升电芯的安全性。

极片入料纠偏采用双闭环控制，采用高性能CCD系统，保证对齐度检测的准确性和可靠性，电芯对齐度 此外，该卷绕机还采用高端运动控制系统，高效节能的同时还解决了极耳翻折、极片切断掉粉等一些工艺痛点。

值得注意的是，速锐智能研发的全自动三针圆柱形卷绕机也颇具看点。

三工位卷绕工艺，工位转换采用伺服驱动分割器，运动方式采用凸轮传动结构，定位更精准，速度更高效。且隔膜极片张力可调，上下隔膜及正负极卷绕过程中同步整体纠偏，极片切断后采用有效除尘装置，有效保证了卷绕精度和产品品质，操作简单。模组化的设计也使其在维修上特别是更换卷针更方便快捷。

从运行数据来看，速锐智能的这款全自动三针圆柱形卷绕机18650电芯生产速度可达25-33PCS/Min，26650电芯生产速度可达16-19PCS/Min；稼动率≥95％，良品率≥99％。

事实上，在以卷绕机等拳头产品为核心的基础上，速锐智能还具备了21700圆柱电芯自动生产线整线设备的交付能力。同样采用模组化的设计，各功能模组独立运行，可最大程度确保整线的产出。为保障整线运行稳定，该产线的核心元器件主要采用进口，生产效率可达80pcs/Min。

“当前国产卷绕机性能还有进一步提升的空间”，尽管在一些优秀设备企业自主创新的不断努力下，国产锂电设备的自动化和智能化技术正在快速迭代，范自雄仍认为公司当前的工作重心还是要加强研发，不断提升产品性能。

总体来看，国产锂电设备的技术迭代一方面带给锂电池企业更多信心，另一方面随着电池技术不断创新也被提出更高的要求，这也意味着国产设备“新势力”的进击之路仍任重而道远。

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