在第九屆中國國際新能源汽車暨智能網(wǎng)聯(lián)汽車論壇上，美國SES麻省固能新能源科技有限公司創(chuàng)始人兼CEO胡啟朝分享了，鋰金屬電池將超越鋰離子電池迎來革命性發(fā)展。

隨著中國成為全球第一大電動(dòng)汽車市場，與之密不可分的動(dòng)力電池行業(yè)也得到迅速發(fā)展，鋰電的產(chǎn)銷量正在逐年增高。然而，隨著鋰電的產(chǎn)業(yè)化漸漸走向成熟，國家對新能源汽車和電池實(shí)施補(bǔ)貼退坡直至取消政策，當(dāng)下行業(yè)的發(fā)展和政策的實(shí)施都對電池的能量密度提出新的要求。動(dòng)力電池的發(fā)展趨勢正朝著更安全、能量密度更高的方發(fā)展。

首先我們知道電池在我們生活中最常見的產(chǎn)品，首先了解一下電池的概念，廣義上把所有的電池技術(shù)放在這四個(gè)范圍里面，因?yàn)楝F(xiàn)在聽到很多固態(tài)的、鋰金屬的，到底哪種是哪種不是很清楚，如果按電池內(nèi)部反應(yīng)堆的屬性來看總共有四種：液態(tài)鋰離子，液態(tài)鋰金屬，固態(tài)鋰離子，固態(tài)鋰金屬。其中，固態(tài)比液態(tài)更安全，鋰金屬比鋰離子能量密度更高。

而隨著市場的擴(kuò)大，作為動(dòng)力電池生廠商麻省固能也因全球汽車電動(dòng)化的革新而孕育而生，電動(dòng)汽車的核心是電池，電池行業(yè)平均每30年有一次技術(shù)上的根本革命能量密度增加一倍。而麻省固能的鋰金屬電池因?yàn)轭I(lǐng)先行業(yè)的技術(shù)和即將量產(chǎn)將引領(lǐng)革命。

01電池行業(yè)的產(chǎn)業(yè)化歷史

上次是1990年索尼成功將鋰離子電池產(chǎn)業(yè)化，推向世界，如今幾乎所有的移動(dòng)儲能，包括手機(jī)，電腦，無人機(jī)和電動(dòng)汽車都被鋰離子電池壟斷。

在過去29年里有過三次超越鋰離子電池的浪潮：

第一次是90年代初，一些企業(yè)創(chuàng)建并開始鋰空氣、鋰硫、鋰水等電池的開發(fā)，但因?yàn)檠h(huán)壽命極低，和其他性能不符合市場要求，一直沒有成功產(chǎn)業(yè)化。

第二次是2007年，很多公司創(chuàng)建并開始固態(tài)聚合物、固態(tài)氧化物、硫化物等電池開發(fā)。但因?yàn)閷?dǎo)電性能低，和生產(chǎn)工藝極為復(fù)雜也沒能產(chǎn)業(yè)化，最后走向消亡或者被收購。

第三次是2012年，包括SES麻省固能等公司創(chuàng)建，并開始鋰金屬電池的開發(fā)。雖然現(xiàn)在電池行業(yè)，特別是新電池技術(shù)有很多“忽悠公司”，所以我們聽到90%以上的關(guān)于固態(tài)電池或者鋰金屬電池的新聞可能都是假新聞，到底哪個(gè)是真正可以產(chǎn)業(yè)化的突破，哪個(gè)只是高校發(fā)的論文這很難辨別清楚，但這一次和前面兩次有很大的不同。

前面兩次都沒有做出過像樣的電池樣品，這次有，前面兩次離達(dá)到市場需求和測試還差很遠(yuǎn)，但這次可以滿足市場的一些核心需求。

前面兩次因?yàn)樯a(chǎn)工藝極為復(fù)雜，沒有得到大型電池生產(chǎn)商的重視，只能做研發(fā)課題跟蹤。但這次包括寧德時(shí)代、LG化學(xué)、三星、大眾、通用等都感覺到危機(jī)感，并開始大力投入鋰金屬電池。加上這一次市場需求不同，現(xiàn)在汽車全面電動(dòng)化對于很多車企來說，不再是作為好玩的項(xiàng)目存在，而且未來發(fā)展的唯一路徑。

02鋰金屬電池量產(chǎn)的艱難之路

鋰金屬電池離廣泛產(chǎn)業(yè)化還有很多工作要做，麻省固能也正在嘉定建設(shè)全球第一條鋰金屬電池生產(chǎn)廠，相信超越鋰離子時(shí)代，30年一次革命即將來臨。

在過去150年里出現(xiàn)過五次核心電池技術(shù)革命，第一次是1870年鉛酸電池，然后1900年鎳鉻電池，1930年堿性電池，1960年鎳氫電池，1990年鋰離子電池。平均每30年一次，今天離上次革命過了29年，所以2020年會是一個(gè)什么樣的電池技術(shù)？

如果把所有的電池歷史看它的能量密度的話，可以看瓦時(shí)每千克，和瓦時(shí)每升。一個(gè)是電池有多輕，一個(gè)是電池有多小，當(dāng)然一次電池目前是最高能量密度，但是是不能夠循環(huán)的。二次電池中從鉛酸到鎳鉻，鎳氫，鋰離子石墨，鋰離子硅，每一次一個(gè)新的電池技術(shù)超越一個(gè)舊的電池技術(shù)，在能量密度方面都會增長一倍，這個(gè)其實(shí)很像另外一個(gè)行業(yè)，半導(dǎo)體有一個(gè)摩爾定律，每18個(gè)月它集成電路的晶體密度會增量一倍。

但是在電池，每30年能量密度增加一倍。有些所謂新的超越鋰離子電池的技術(shù)，包括鋰硫固態(tài)聚合物，固態(tài)氧化物和固態(tài)硫化物這些理論上可以有很高能量密度的電池，但是目前看到的，做出來的都還是能量密度非常低，甚至低于常規(guī)鋰離子電池。

所以哪一種超越鋰離子電池可以真正把鋰離子電池能量密度提高1倍的，麻省固能認(rèn)為是鋰金屬電池。其實(shí)看鋰電池包括鋰離子和鋰金屬的市場分布，其實(shí)最早發(fā)明是80年代在美國。90年代日本企業(yè)產(chǎn)業(yè)化，2000年韓國企業(yè)開始推廣進(jìn)入電動(dòng)汽車。2015年以后目前的市場被中國的一些企業(yè)壟斷。

目前大部分成熟的電池公司，比如說寧德時(shí)代、比亞迪、三星、松下等還都是液態(tài)鋰離子，目標(biāo)當(dāng)然是固態(tài)鋰金屬，因?yàn)楦踩?，能量密度更高。但是目前全球沒有一家做出真正的固態(tài)鋰金屬電池。

以前有過做這種固態(tài)鋰金屬聚合物的，但那種是高溫的電池，在室溫下是不能運(yùn)行的。

還有一種也是做固態(tài)陶瓷材料，但是因?yàn)樯a(chǎn)工藝極為復(fù)雜，只能做很小的電池，所以目前沒有一個(gè)固態(tài)鋰金屬電池可以在室溫下運(yùn)行，并且可以做車端產(chǎn)品的這個(gè)目前還沒有。

有一些做固態(tài)的，比如說三星等等做固態(tài)的是固態(tài)鋰離子電池，就是能量密度并沒有提高，甚至低于常規(guī)鋰離子，但是相對來說會更安全一些。

還有一種做液態(tài)鋰金屬電池的，比如說通用、LG等等，這種能量密度比傳統(tǒng)鋰離子要更高，但是安全性能沒有明顯的提升。

而麻省固能目前是走向固態(tài)鋰金屬電池廠商前列的，目前在鋰金屬方面是全球唯一做出樣品，并開始最中式線生產(chǎn)鋰金屬電池的公司。

03麻省固能鋰電池核心技術(shù)

其實(shí)整個(gè)鋰金屬的概念并不是很新，很多人說創(chuàng)新是把30年前別人試過但失敗的想法再試一遍，其實(shí)為什么用鋰金屬呢？鋰金屬是元素周期表上最輕的金屬。綜合市場以及研發(fā)階段我們認(rèn)為鋰電池會更實(shí)際一些。

最早在80年代出來的鋰電池，已經(jīng)用的是鋰金屬電池，但是那個(gè)時(shí)候因?yàn)楸容^厚，很危險(xiǎn)，能量比較很低，經(jīng)常爆炸。最后90年代，被石墨鋰離子電池取代。鋰離子電池比當(dāng)初的鋰金屬能量密度更高，而且更安全。

2010年的時(shí)候，硅石墨混合替代了石墨鋰離子，硅/石墨混合目前可以達(dá)到近300瓦時(shí)/千克，700瓦時(shí)/升左右。

麻省固能做的其實(shí)還是回到鋰金屬，但是用的是非常薄的鋰金屬，并且有一個(gè)新的更安全，循環(huán)壽命更高的電解材料。在電芯層面，目前是達(dá)到400瓦時(shí)/千克以上，1000瓦時(shí)/升以上，并不是實(shí)驗(yàn)室樣品，而已經(jīng)實(shí)現(xiàn)中實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)。

其實(shí)整個(gè)電芯架構(gòu)主要的核心包括鋰金屬負(fù)極、固態(tài)保護(hù)膜，液態(tài)鹽，了解到，麻省固能的隔膜和正極是和行業(yè)其他公司合作的。

04突破控制鋰枝晶形成核心技術(shù)

鋰金屬很大的問題在過去30年中沒有被解決的，就是鋰枝晶的問題，在每次充電的時(shí)候鋰金屬表面會形成枝晶。這個(gè)枝晶比較細(xì)，容易形成短路，然后導(dǎo)致電池爆炸。

麻省固能在這一方面的技術(shù)核心是改變和控制鋰枝晶的成長，用了麻省固能這項(xiàng)技術(shù)的電解鋰枝晶形成的枝晶和常規(guī)的枝晶是很不一樣的，能夠完全控制在安全的區(qū)間范圍內(nèi)，這樣就不會短路、不會爆炸。

目前麻省固能有兩款電池，一個(gè)是3安時(shí)、一個(gè)是6安時(shí)，是唯一一家450瓦時(shí)/千克以上，通過UN38.3測試，并且可以達(dá)到中式線生產(chǎn)的公司。

麻省固能關(guān)于鋰金屬電池主要的核心其實(shí)在幾個(gè)方面：

第一個(gè)是鋰金屬負(fù)極的材料；

第二個(gè)是液態(tài)鹽材料；

第三個(gè)是結(jié)合隔膜，正極，鋰金屬和液態(tài)鹽材料結(jié)合在一起做成電池的工藝；

第四個(gè)是可以把電池直接和無人機(jī)還有電動(dòng)汽車的終端用戶對接的電池管理系統(tǒng)。麻省不能可以把鋰金屬電池直接銷售給終端用戶，或者把這兩個(gè)核心材料負(fù)極和電解給電池廠，讓他們?nèi)ヅ可a(chǎn)。

05麻省固能產(chǎn)品規(guī)劃路線

而目前電動(dòng)汽車市場最期待的可以說就是能量密度高，體積小的固態(tài)鋰金屬電池，而且通過對麻省固能方面的采訪了解到麻省固能的固態(tài)鋰金屬電池已經(jīng)具備量產(chǎn)條件，核心技術(shù)層面已經(jīng)被攻破，對于量產(chǎn)的大概計(jì)劃是，2019-2020電池產(chǎn)品進(jìn)入無人機(jī)（Hermes），2020年液態(tài)鹽和鋰金屬負(fù)極產(chǎn)品開始銷售給其他電池廠，2021年電池產(chǎn)品進(jìn)入電動(dòng)汽車（Apollo）。

寫在最后：

早在2017年，麻省固能發(fā)布了第一代產(chǎn)品Hermes(HighEnergyRechargeableMetalCellsforSpace),這款世界上最輕的二次電池，能量密度高達(dá)480Wh/Kg，或許將引發(fā)地面和空中運(yùn)輸方式上新一輪的電池革命。

麻省固體能源公司是當(dāng)前世界上極少數(shù)能將動(dòng)力電池能量密度做到400Wh/kg以上的電池企業(yè)，也是目前唯一一家實(shí)現(xiàn)中式生產(chǎn)供貨的電池廠。

未來，麻省固能準(zhǔn)備將該技術(shù)投入太空，消費(fèi)和工業(yè)無人機(jī)，智能手機(jī)，可穿戴裝備以及電動(dòng)汽車領(lǐng)域的應(yīng)用，一個(gè)嶄新的鋰金屬產(chǎn)業(yè)化模式有待開啟！