今天介绍一家由华人创立的硅负极电池公司，这家公司经常在新闻里列举做硅负极材料的公司时会提到，有个响亮的名字叫加州锂电池公司（California Lithium Battery，简称CalBattery）。公司的创始人叫Junbing Yang，在公司担任CTO职务，掌控着公司的技术发展方向。杨博士在中科院获得材料学博士学位后，前往美国进行博士后研究工作，之后加入了芝加哥附近的阿贡国家实验室，在此从事电池研究工作将近十年时间。

2011年，杨博士利用自己研发的硅负极材料技术成立了这家初创公司。2014年的时候，CalBattery公司与另一家做磷酸铁锂电池的公司达成合资关系，将利用两家公司各自的技术长处来生产硅负极-锂钴氧化物正极-高分子电解质电池。合资公司预计在2016年将开始投产，向市场销售上述新型锂电池。然而自此之后，CalBattery公司的名号基本就从人们的视野里消失了，搜索该公司的名字也不再有任何进一步的新闻报道。

由于CalBattery公司并没有透露太多详细的硅负极材料细节，我们通过查阅杨博士的相关期刊论文从侧面了解一下公司可能使用的技术。总的来说，该技术使用了片状的石墨烯材料作为载体，在石墨烯表面沉积上纳米硅颗粒，由于片状石墨烯在堆叠时相互之间会形成一些空隙，这些空隙就成为了电池充电时硅颗粒膨胀的空间，而整个负极材料就不会向外膨胀，从而保证了多次循环的稳定性。下图是硅碳复合材料的电子扫描电镜照片，可以看到在片状的石墨烯表面附着直径大约600纳米的硅颗粒，硅颗粒的密度可以人工调节，从而控制负极里的硅含量。

该硅负极材料的具体制备工艺可用下图来解释。原材料从石墨颗粒开始，在高温下将石墨解离成片状的石墨烯，然后注入三氯氢硅气体让其分解成硅原子沉积在石墨烯表面，随着硅原子的量增大，石墨烯表面将被纳米硅颗粒覆盖。之后再在硅颗粒的表面沉积上一层碳膜，一方面可以保护硅颗粒不与电解液直接接触，另一方面也可以填补石墨烯表面上的一些缝隙尽量减小表面积。至此，硅碳复合材料就制备完成。这个技术的特点是使用平面片状石墨烯材料，以区别于其他技术里使用的纳米多孔碳微球或者纳米硅碳线的形态，是比较少见的一种技术形态。

在杨博士的论文里，他们尝试了不同的硅碳含量，有高至60%的硅含量负极，其首次循环能量密度可以达到2300mAh/g，高电流密度循环时能量密度可稳定在1060 mAh/g，超过150次循环无衰减；也有低至14%的硅含量负极，如下图所示，深度充放电循环500次后还可保持90%的储能量，其能量密度为553 mAh/g，比全石墨负极提高30%左右。

CalBattery公司没有太多的秘辛，也没有轰轰烈烈的融资上市历史。我们本着从探讨华人在美国电池行业创业的角度出发，分析了该公司采用的技术，为大家提供更多的可行性技术参考。

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参考文献：

1.    CaliforniaLithium Battery公司官网www.clbattery.com

2.    Nanosilicon‐Coated Graphene Granules as Anodes for Li‐IonBatteries，Adv.Energy Mater. 1, 495–498 (2011)

3.    Silicon–Graphene Composite Anodes for High‐EnergyLithium Batteries，EnergyTechnol. 1, 77 – 84 (2013)

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作者简介：

谢伟博士，清华大学材料学学士和硕士，美国德克萨斯大学（奥斯汀）化学工程博士。主要从事储能电池开发工作，先后在跨国企业及初创公司任要职，主持多项美国能源部资助研发项目，获得2013年全美年度100最佳研发技术大奖。在材料学及储能领域顶级期刊发表论文17篇，担任5家国际期刊审稿工作，拥有国际发明专利申请17项。

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