現在要為你的智能手機或特斯拉Model3充電，沒有什么比鋰離子電池更好的了。自1991年推出以來，可充電鋰電池一直是日常科技設備和電動車的標準。

當前，世界上有300多萬輛電動汽車使用鋰離子電池。但隨著世界向電動汽車的未來邁進，它需要比鋰離子電池更高效的東西來跟上步伐。“鋰電池現在幾乎是已經碰壁。如果你真的想增加能量密度，就必須采用一種完全不同的模式。”更高的能量密度意味著電池更便宜、更輕和更長的續航里程。

幸運的是，一些電池初創企業正試圖生產出更好的電池，這些電池成本更低、能量密度更高、性能更好，適用于增壓工業產品和消費技術，以及充電速度更快、行駛距離更長的電動汽車。從今年開始，幾家初創企業將把他們的電池推向商業市場。這些企業認為，與目前的鋰離子電池技術相比，它們的電池技術有了很大進步。

SilaNanotechnologies的首席執行官GeneBerdichevsky說：“我們花了8年時間，大概進行了3.5萬次材料合成，才有了商業化的東西。”Sila只是幾個電池初創企業之一，最近收到重大資金繼續調整電池技術。去年，位于加利福尼亞的公司阿拉米達總部承擔了7000萬美元的D輪融資，來自包括西門子全球風險投資公司在內的幾個投資者，用來建立它的第一個商業硅陽極電池生產線。

這距離埃隆-馬斯克旗下特斯拉的第七員工、機械和能源工程師伯迪舍夫斯基（Berdichevsky）成為該公司聯合創始人剛好十年。伯迪舍夫斯基曾經領導了特斯拉跑車（TeslaRoadster）電池系統的開發。TeslaRoadster跑車曾經被馬斯克旗下SpaceX發射送入太空軌道中。

投資回報即將到來

目前鋰離子電池的新變化已經花了大約10年的時間來研究。直到現在，初創企業才開始為商業聚光燈做準備，這一推出至少需要幾年時間，甚至可能還要整整十年。

“一輛汽車所需的材料相當于1萬部智能手機或1000塊智能手表，”伯迪舍夫斯基說。“我們將從消費設備開始。在未來五年，我們將擴大與汽車合作伙伴的規模。”

Sila目前的汽車合作伙伴之一是寶馬。

目前的鋰離子電池在材料和物理能量密度方面受到限制。新電池技術旨在提高鋰離子電池的安全性和能源效率，因為這樣即便是電池過熱或損壞，也不會有起火的風險。

每個鋰離子電池由四個基本部分組成：正極和負極（每個鋰離子電池兩端的電極）、液體電解質和分離器。當電解液攜帶鋰離子通過隔膜進出陽極和陰極時，就會產生正負電流。正是這個過程產生了儲存在電池里的電量。

如果組成陽極和陰極的化學物質——分別是石墨和某種金屬氧化物——溫度過高，就會破壞物理分離器，從而暴露出高度易燃的電解質。回想一下三星GalaxyNote7手機爆炸的情況，你就會發現這個問題。目前鋰離子的最大能量密度約為每千克260瓦時；相比之下，目前大多數電動汽車每千克可行駛220到250瓦時。

次世代的繁榮

固態電池是一種新的電池技術，它不僅用鋰金屬制成的陽極取代石墨陽極，還用一塊固體（通常是陶瓷、玻璃或阻燃聚合物）代替液體電解質和隔膜。采用這種方法的是總部位于科羅拉多州的固態電池制造商SolidPower，該公司在2018年獲得了2000萬美元的A輪融資。據該公司高管稱，他們正在開發的電池至少能增加50%的能量密度。

神秘的斯坦福大學（StanfordUniversity）的子公司QuantumScape也在與大眾汽車合作開發固態電池。去年大眾增加了1億美元的投資。PitchBook的數據顯示，這家總部位于圣何塞的初創公司估值17.5億美元。

根據宣布這筆交易的新聞稿，QuantumScape的電池一次充電可以讓大眾的E-Golf行駛466英里（目前的行駛里程為186英里），使其能夠與傳統天然氣動力汽車的行駛里程相媲美。大眾汽車表示，QuantumScape的電池應該比目前的鋰離子電池充電速度更快、重量更輕。

“鋰電池現在幾乎是已經碰壁。如果你想增加能量密度，你必須采用一種完全不同的模式。”

-YifeiMo，馬里蘭大學材料科學與工程教授

不過，正如日產一位副總裁去年所說，固態電池可能要到下個10年的某個時候才能全部上市。甚至QuantumScape的新聞稿也宣布了2025年的商業生產目標。固態技術的更長的時間表是解決當前電池工廠如何建立。

它們的設計初衷是用液體電解質來處理鋰離子電池的生產，而改用固體材料則不僅僅是更換工廠車間的生產流程那么簡單。“這是一項處于商業化非常、非常早期階段的新興技術，”SolidPower的業務開發主管迪恩-弗蘭克爾（DeanFrankel）說。“從擴大規模的角度來看，這只是需要時間。”

盡管一些初創企業正致力于完善和擴大固態電池的規模，但像SilaNanotechnologies這樣的其他公司則希望利用目前的鋰離子制造工藝，將電池快速推向市場。Sila不是制造固態電池，而是用硅材料代替石墨陽極，硅材料吸收鋰離子的速度是石墨的四倍。

更重要的是，大多數帶有石墨陽極的鋰離子電池的充電率（C率）低于1%。用硅陽極開發新電池的初創企業表示，他們的電池的C率要高得多，這是實現電動車未來的一個關鍵區別，因為大多數人不愿意等一個多小時才給汽車充電，而給汽車加油只需幾分鐘。

Enevate首席執行官羅伯特·a·蘭戈（Roberta.Rango）表示：“我們可以維持比傳統石墨電池快10倍的充電速度。”這家總部位于加州歐文的公司正在研發一款采用硅陽極的下一代鋰離子電池，該公司獲得了1.11億美元的資金，其中包括韓國電池公司LG化學去年的一筆投資。

Rango表示，Enevate的電池研發工作已經進行了10年，距離該技術的首次商業應用大約還有一年半的時間，最有可能是在電動自行車和小型摩托車上。

不過，硅陽極電池有一個潛在的缺點：硅材料膨脹，這意味著每次充電都會導致電池變質。

Berdichevsky和Rango都表示，他們各自的公司已經解決了這個問題。蘭戈表示：“硅確實存在膨脹現象，這一直是該行業面臨的挑戰之一。”“在我們的電池中，我們已經能夠控制膨脹。我們的電池規格符合電動汽車的要求。”這些需求？這種電池在充電和放電1000次后，充電率可以達到80%。

這些初創企業的漫長發展歷程表明，推動電池技術的發展是多么困難。雖然電動汽車系列的改進肯定是更好的電池的主要影響之一，但目前鋰離子電池的后續產品很可能在更小的產品中找到。

伯迪舍夫斯基說：“這必須發生的一代人的技術變革。在現有電池的150年里，已經有四種與商業相關的化學物質進入市場。每次使用這些新的化學試劑，轉變會變得更難。”