鉅大LARGE | 點(diǎn)擊量：774次 | 2021年12月30日
SES麻省固能CEO：動(dòng)力鋰電池的未來(lái)，最終將走向鋰金屬電池
記者|程迪
十月初，據(jù)外媒報(bào)道，混合鋰金屬電池獨(dú)角獸公司SES麻省固能成功建立了第一條試點(diǎn)生產(chǎn)線，以擴(kuò)大生產(chǎn)高性能solvent-in-salt電解液。
據(jù)悉，SES是近兩年全球電池產(chǎn)業(yè)的投資熱點(diǎn)，目前已經(jīng)獲得了多家大型車企和能源巨頭的重視，其中不乏通用、現(xiàn)代、起亞、上汽、吉利、天齊鋰業(yè)等大公司。
今年七月，SES更宣布和艾芬豪資本收購(gòu)公司達(dá)成最終合并協(xié)議，并將通過(guò)SPAC形式，于12一月在紐約證券交易所掛牌上市，成為全球第一家上市的鋰金屬電池公司。
SES的混合鋰金屬電池和一般鋰離子電池的最大差別在于負(fù)極材料。它可以讓車輛續(xù)航提升50%，生產(chǎn)成本降低18%，充電速度也有大幅提升。
符合Exic IIB T4 Gc防爆標(biāo)準(zhǔn)
充電溫度：0~45℃
-放電溫度：-40~+55℃
-40℃最大放電倍率：1C
-40℃ 0.5放電容量保持率≥70%
而此次擴(kuò)產(chǎn)試點(diǎn)生產(chǎn)線，針對(duì)的就是混合鋰金屬電池負(fù)極材料中必備的一種特殊的高濃度鋰鹽中溶劑電解質(zhì)配方，與鋰金屬混合后結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，具有低揮發(fā)性和自熄性，更能使混合鋰金屬電池在低溫和高功率下，依舊保持著高能量密度和安全性。
更重要的是，由于正極和鋰離電子電池的材料完全相同，混合鋰金屬電池完全可以采用現(xiàn)成的產(chǎn)業(yè)鏈體系，只需更改負(fù)極材料或形狀，即可全面對(duì)接相關(guān)電動(dòng)汽車電池產(chǎn)業(yè)鏈。
SES的混合鋰金屬電池是否代表了動(dòng)力鋰離子電池行業(yè)的未來(lái)？為了更了解混合鋰金屬電池產(chǎn)業(yè)，我們對(duì)SES創(chuàng)始人兼CEO胡啟朝進(jìn)行了一次獨(dú)家專訪。
麻省高材生的全新汽車電池之路
SolidEnergySystems麻省固體能源公司（簡(jiǎn)稱SES）成立于2012年，是一家電動(dòng)汽車高性能可充電混合鋰金屬電池開(kāi)發(fā)者及制造商，在材料、電芯、模塊、基于人工智能學(xué)習(xí)的電池安全算法和電池回收再利用方面也都有涉獵。
IP67防水，充放電分口 安全可靠
標(biāo)稱電壓：28.8V
標(biāo)稱容量：34.3Ah
電池尺寸：(92.75±0.5)* (211±0.3)* (281±0.3)mm
應(yīng)用領(lǐng)域：勘探測(cè)繪、無(wú)人設(shè)備
創(chuàng)始人胡啟朝在2007年獲得了麻省理工學(xué)院物理學(xué)學(xué)士學(xué)位，并于2012年獲得了哈佛大學(xué)應(yīng)用物理學(xué)博士學(xué)位，主攻固態(tài)電池方面。
：SES麻省固能
同年，美國(guó)電池行業(yè)經(jīng)歷了鋰離子電池生產(chǎn)商A123公司的破產(chǎn)事件。A123的慘敗讓胡啟朝出現(xiàn)了一個(gè)新思路：無(wú)論對(duì)車企、消費(fèi)者還是電池公司本身，鋰離子電池可能都不是最好的選擇。
在此背景下，胡啟朝創(chuàng)立了SolidEnergySystems麻省固體能源公司，也就是如今SES的前身。公司創(chuàng)立后沒(méi)多長(zhǎng)時(shí)間，胡啟朝當(dāng)年入選了當(dāng)年的《福布斯》雜志的“30位30歲以下精英”。
SES創(chuàng)立之初，胡啟朝選擇做的是做全固態(tài)鋰金屬電池的另一個(gè)原因，是因?yàn)檫@是他從大學(xué)時(shí)代就開(kāi)始深耕的熟悉領(lǐng)域。從1990年代初開(kāi)始，全固態(tài)鋰金屬電池的概念就已經(jīng)出現(xiàn)，比索尼的鋰離子電池還要早。當(dāng)時(shí)，全固態(tài)鋰離子電池指的就是以金屬鋰為負(fù)極，在工作溫度區(qū)間內(nèi)所使用的電極和電解質(zhì)材料均呈固態(tài)，不含任何液態(tài)組份的鋰離子電池。
早期專業(yè)人士認(rèn)為：與鋰離子體系相比，用鋰金屬做負(fù)極的固態(tài)電池具有更好的性能，安全性、可回收性以及成本更低。但全固態(tài)鋰金屬電池在材料和工藝加工方面，一直存在著極大的困難與挑戰(zhàn)。某種程度上說(shuō)，全固態(tài)鋰離子電池似乎更像是一個(gè)夢(mèng)想——至今，全球尚無(wú)一家電池公司能將這一夢(mèng)想實(shí)現(xiàn)。
胡啟朝也是在試錯(cuò)3年后，決定改做混合鋰金屬電池，即60%的正極材料和鋰離子金屬電池完全相同，40%的負(fù)極采用鋰金屬和特殊電解液材料，這也是混合鋰金屬電池名字的由來(lái)。
目前，SES是第一家，也是唯一一家公布了第三方測(cè)試報(bào)告的混合鋰金屬電池公司，包括能量密度、循環(huán)、低溫、高溫、安全、快充等一系列測(cè)試報(bào)告。
同時(shí)，SES也是全球第一家和車企簽訂A樣品合作開(kāi)發(fā)協(xié)議的混合鋰金屬電池公司。
目前公司已經(jīng)在6年內(nèi)完成了5輪融資。重要投資者包括韓國(guó)SK集團(tuán)、通用汽車、現(xiàn)代汽車、起亞公司、淡馬錫、天齊鋰業(yè)、祥峰投資集團(tuán)、美國(guó)應(yīng)用材料公司和上汽集團(tuán)等，累計(jì)融資近2.7億美元（約合人民幣17.44億元）。
今年七月，SES對(duì)外宣布與著名的艾芬豪資本收購(gòu)公司正式合并。合并后的SES，股權(quán)價(jià)值約為36億美元，同時(shí)還獲得了4.76億美元的募資；預(yù)計(jì)今年十一月，SES將在紐約證券交易所以SPAC的方式上市，將累積獲得7億美元左右的資金。
合并后的實(shí)體公司，將會(huì)成為全球少有的幾家動(dòng)力鋰離子電池上市公司，更是全球第一家上市交易的混合鋰金屬電池供應(yīng)商。
混合鋰金屬電池到底厲害在哪里？
從材質(zhì)上看，鋰離子電池和鋰金屬電池的正極材料完全相同（一般汽車的正極要占到電池的60%左右）。最大差別就是雙方的負(fù)極。鋰離子電池的負(fù)極重要是石墨和硅，鋰金屬電池的負(fù)極則為鋰金屬和特殊電解液材料——這也是混合鋰金屬電池名字的由來(lái)。
根據(jù)胡啟朝的描述，相比我們熟悉的鋰離子電池，混合鋰金屬電池?fù)碛腥c(diǎn)最突出的優(yōu)勢(shì)：
第一：技術(shù)和資金成本更低。常規(guī)鋰離子電池的負(fù)極材料要漿料、涂布、滾壓、干燥等程序，每一個(gè)環(huán)節(jié)都要大量的設(shè)備與時(shí)間投入。而SES的鋰金屬電池采用滾壓的方式，將高純度鋰金屬滾壓成比較厚的鋰箔，再按要逐步滾壓到所要的厚度。比如，100微米、60微米甚至20微米都可以。整個(gè)鋰箔的制備過(guò)程都是在干燥環(huán)境中進(jìn)行，無(wú)需溶劑，所以設(shè)備和環(huán)境的要求都會(huì)比前者簡(jiǎn)單不少。
綜合下來(lái)，鋰金屬電池的成本，比鋰離子電池的成本低18%左右。
第二：能量密度更高。通過(guò)滾壓制得的混合鋰金屬電池，第三方檢測(cè)報(bào)告顯示，在滿足電池壽命和安全要求的前提下，能量密度一般可達(dá)到400Wh/kg，而一般鋰離子電池的能量密度在260Wh/kg或280Wh/kg左右，續(xù)航里程是常規(guī)鋰離子電池的50%以上。
比如今年一月通用推出的悍馬電動(dòng)汽車，用傳統(tǒng)鋰離子電池充一次電后能跑300英里，用混合鋰金屬電池的話，同樣情況下，充一次電可以跑500英里，續(xù)航里能程得到大幅度提升。
第三：安全性更高。SES混合鋰金屬電池成功地從材料、制造工藝、軟件監(jiān)控等多個(gè)層面提升了電池的安全性。
SES專有的獲專利電解液有助于解決幾十年來(lái)一直困擾著鋰金屬的采用和進(jìn)展的問(wèn)題。隨著反復(fù)的充電和放電循環(huán)，鋰金屬陽(yáng)極會(huì)形成針狀苔蘚結(jié)構(gòu)的“枝晶”，它可以穿透隔膜并讓電池短路。SES研究出的電解液不僅大大減緩了“枝晶”的生長(zhǎng)，而且還將其形態(tài)從尖銳的樹枝狀結(jié)構(gòu)變?yōu)椤懊芗练e（DenseDeposition）”，這大大延長(zhǎng)電池的生命周期，并提升了安全性。
除了電解質(zhì)之外，SES混合鋰金屬電池單元使用專有的陽(yáng)極涂層，等于多供應(yīng)一層保護(hù)，并能在充電時(shí)使鋰鍍層更密。
混合鋰金屬電池的正極材料、電解液和鋰離子電池都完全相同，所以不僅可以采用現(xiàn)在電池公司所采取的措施，從電芯、模組等方面做散熱，還能在正極材料的混合電解液里加入添加劑，來(lái)緩解冬季低溫續(xù)航方面的問(wèn)題。
軟件層面，SES采用先進(jìn)的人工智能驅(qū)動(dòng)的算法，可以準(zhǔn)確地監(jiān)測(cè)電池單元的健康狀況，并更早地發(fā)現(xiàn)任何即將出現(xiàn)的與"枝晶"有關(guān)的或其他的安全問(wèn)題。
除了通過(guò)選擇更合適的材料提高電池安全，胡啟朝表示：“通過(guò)AI軟件監(jiān)控，我們可以對(duì)電池從生產(chǎn)線、質(zhì)量管理到上車，24小時(shí)不停地進(jìn)行參數(shù)監(jiān)測(cè)，從而精確了解電池健康狀況，在安全事故發(fā)生之前提前預(yù)測(cè)。”
另?yè)?jù)界面新聞?dòng)浾吡私?，由于混合鋰金屬電池的正極材料和鋰離子電池完全相同，某種程度上，這兩種電池的生產(chǎn)工藝和隔膜原材料也是相同的，甚至混合鋰金屬電池的工藝從極片、電池組裝以及注液，再到生產(chǎn)設(shè)備，其實(shí)完全是從鋰離子電池行業(yè)脫胎而來(lái)。因此雙方的產(chǎn)業(yè)鏈可以進(jìn)行對(duì)接。再加上SES鋰金屬電池采用的滾壓制備方式，使得其形狀也可做到和適用于高端汽車的高鎳電池、以及針對(duì)大眾型汽車的無(wú)鎳磷酸鐵鋰等電池完全匹配——即正極材料和形狀，完全可以根據(jù)不同市場(chǎng)來(lái)改變。
“一個(gè)更安全、續(xù)航里程更高的電池，等于一個(gè)更便宜的電池。SES結(jié)合了傳統(tǒng)鋰離子電池和全固態(tài)鋰金屬電池的優(yōu)點(diǎn)，開(kāi)發(fā)出的混合鋰金屬電池，既保留了全固態(tài)金屬電池的高能量密度優(yōu)勢(shì)，也擁有鋰離子電池生產(chǎn)工藝和可制造性的一些優(yōu)點(diǎn)?！焙鷨⒊忉?。
不過(guò)，從壽命周期來(lái)看，混合鋰金屬電池和鋰離子電池相差無(wú)幾，都在50萬(wàn)公里以上。當(dāng)然，一般當(dāng)下車企給到的明確保證是在16萬(wàn)公里左右，實(shí)際情況是遠(yuǎn)高于此。
此外，SES也有自己的難點(diǎn)與痛點(diǎn)，就是負(fù)極材料的研發(fā)。畢竟目前全球極少有公司可以批量生產(chǎn)又寬又薄的鋰金屬材料，因此某種程度上，這種先進(jìn)正是也代表著混合鋰金屬電池走向全面難以產(chǎn)業(yè)化道路上的難點(diǎn)之一。所以，這也將是SES的目前以及未來(lái)的重要攻克方向。
產(chǎn)品已進(jìn)入驗(yàn)證階段，但量產(chǎn)仍尚需時(shí)日
“綜合來(lái)說(shuō)，混合鋰金屬電池具備了更高密度、成本更低、重量更輕、安全性更高、充電速度更快、智能化水平更高等六大優(yōu)勢(shì)。不少業(yè)內(nèi)專家認(rèn)為，以硅為負(fù)極重要材料之一的鋰離子電池是目前到2025年的主流。以鋰金屬和特殊電解液材料的混合鋰金屬電池則是要到從2025年開(kāi)始逐漸上升?！焙鷨⒊嬖V界面新聞?dòng)浾摺?/p>
換言之，混合鋰金屬電池或?qū)⑹瞧嚭蛣?dòng)力鋰離子電池行業(yè)的共識(shí)。
而且，目前SES的混合鋰金屬電池已經(jīng)不止于實(shí)驗(yàn)室階段，開(kāi)始和部分車企進(jìn)行產(chǎn)品驗(yàn)證。
所謂產(chǎn)品驗(yàn)證，其實(shí)車企專門針對(duì)動(dòng)力鋰離子電池研發(fā)方面提出的一項(xiàng)極為漫長(zhǎng)的驗(yàn)證過(guò)程。一般包含了工程樣品、A樣品、B樣品和C樣品四個(gè)階段共10年的漫長(zhǎng)周期。
通常，5年左右的時(shí)間用于工程樣品研發(fā)；之后3年為A樣品開(kāi)發(fā)生產(chǎn)，然后是1年B樣品和1年C樣品的開(kāi)發(fā)生產(chǎn)。
據(jù)了解，SES在去年已經(jīng)完成了工程樣品第一階段。并在今年三月和通用汽車達(dá)成聯(lián)合開(kāi)發(fā)協(xié)議，在波士頓為后者開(kāi)發(fā)A樣品電池；五月又和現(xiàn)代汽車與起亞簽署聯(lián)合開(kāi)發(fā)協(xié)議，為現(xiàn)代開(kāi)發(fā)A樣品電池。預(yù)計(jì)明年將進(jìn)行A樣品的優(yōu)化，2023年和2024年分別研發(fā)出B樣品和C樣品，2025年正式裝車上路。
這一點(diǎn)上，SES的確走在了所有鋰金屬電池開(kāi)發(fā)商的最前面。
據(jù)悉，SES的A樣品要做到1GWh產(chǎn)量，B樣品和C樣品也是7到10GWh產(chǎn)量。一般而言，量產(chǎn)上車要做到10GWh就可以量產(chǎn)上車。
：SES麻省固能
SES和通用汽車已經(jīng)在波士頓擁有了一條1GWh產(chǎn)量的A樣品生產(chǎn)線，而位于嘉定的上海分部未來(lái)也將完成也將在年底擴(kuò)大面積，開(kāi)始整個(gè)A樣品的開(kāi)發(fā)。
據(jù)胡啟朝介紹，嘉定基地占地面積6000平方米，重要做6Ah和9Ah的小電芯產(chǎn)品開(kāi)發(fā)中心。馬上，這個(gè)基地就會(huì)擴(kuò)展到3萬(wàn)平方米左右，成為SES全球最重要的基地。未來(lái)，將涵蓋電解液、鋰金屬負(fù)極、正極、電芯、軟件、模組、安全測(cè)試等各方面能力。預(yù)計(jì)今年年底，嘉定基地就將開(kāi)始生產(chǎn)1GWh產(chǎn)量的混合鋰金屬電池，并成為SES業(yè)務(wù)布局的核心，從基礎(chǔ)研發(fā)、產(chǎn)品開(kāi)發(fā)到生產(chǎn)工藝，乃至打通整個(gè)產(chǎn)業(yè)鏈。
胡啟朝表示：有關(guān)鋰離子電池來(lái)說(shuō)，1GWh的產(chǎn)量并不算大，但有關(guān)混合鋰金屬電池來(lái)說(shuō)，這將會(huì)是全球最大的生產(chǎn)中心。而為了控制產(chǎn)品質(zhì)量和降低成本，SES未來(lái)還會(huì)自己生產(chǎn)電芯、材料、模組，甚至電池管理系統(tǒng)、電池安全軟件等配套產(chǎn)品。預(yù)計(jì)未來(lái)上海生產(chǎn)和研發(fā)中心的產(chǎn)量還會(huì)再進(jìn)一步擴(kuò)大，為下一步B和C樣品的10GWh產(chǎn)量做準(zhǔn)備。
眼下，這家新興電池公司在為自己打開(kāi)了一扇新世界大門的同時(shí)，也為全球車企和相關(guān)動(dòng)力鋰離子電池行業(yè)，打開(kāi)了一扇新世界的大門。
對(duì)此，胡啟朝稱：“混合鋰金屬電池替代鋰離子電池并不會(huì)是一個(gè)一蹴而就非常迅速的過(guò)程，而是逐漸替代?！?/p>
在他看來(lái)，動(dòng)力鋰離子電池從最初的鉛酸電池到后來(lái)的鎳電池，再到當(dāng)前市場(chǎng)應(yīng)用最廣泛的鋰電子電池，未來(lái)會(huì)最終走向鋰金屬電池。
目前，SES在全球約有110位職員，研發(fā)人員的比例高達(dá)90%，其中很多研發(fā)人員都曾在大多來(lái)自CATL、LG、SK等著名的鋰離子公司工作過(guò)。
截止今年九月，SES已在波士頓、上海、新加坡和首爾這四座城市設(shè)有重要部門。
其中，新加坡為控投總部；波士頓的設(shè)施分部重要負(fù)責(zé)與通用的合作，主攻化學(xué)、材料和算法研發(fā)，以及一家試驗(yàn)廠；而位于上海的嘉定廠分部，承擔(dān)的責(zé)任與任務(wù)最為復(fù)雜——既有制造工藝開(kāi)發(fā)，以及電池、模組和BMS研發(fā)部門，又有大型試驗(yàn)廠。
