鉅大LARGE | 點擊量：1118次 | 2022年11月08日
麻省固能鋰金屬電池量產(chǎn)倒計時，電池新革命將上演
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，1、詳細介紹了動力電池的發(fā)展歷程，2、鋰金屬電池的優(yōu)勢，3、麻省固能在鋰金屬電池方面的突破性技術(shù)，4、麻省固能鋰金屬電池的四大核心技術(shù)，5、麻省固能鋰金屬電池量產(chǎn)時間規(guī)劃，6、麻省固能在上海建設并即將投產(chǎn)的全球第一條鋰金屬電池生產(chǎn)廠。
隨著中國成為全球第一大電動汽車市場，與之密不可分的動力電池行業(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施補貼退坡直至取消政策，當下行業(yè)的發(fā)展和政策的實施都對電池的能量密度提出新的要求。動力電池的發(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)放在這四個范圍里面，因為現(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。
而隨著市場的擴大，作為動力電池生廠商麻省固能也因全球汽車電動化的革新而孕育而生，電動汽車的核心是電池，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為領先行業(yè)的技術(shù)和即將量產(chǎn)將引領革命。
01電池行業(yè)的產(chǎn)業(yè)化歷史
符合Exic IIB T4 Gc防爆標準
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%
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儲能，包括手機，電腦，無人機和電動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)，但因為循環(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)。但因為導電性能低，和生產(chǎn)工藝極為復雜也沒能產(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，到底哪個是真正可以產(chǎn)業(yè)化的突破，哪個只是高校發(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，前面兩次離達到市場需求和測試還差很遠，但這次可以滿足市場的一些核心需求。
前面兩次因為生產(chǎn)工藝極為復雜，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。但這次包括寧德時代、LG化學、三星、大眾、通用等都感覺到危機感，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)在汽車全面電動化對于很多車企來說，不再是作為好玩的項目存在，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全球第一條鋰金屬電池生產(chǎn)廠，相信超越鋰離子時代，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，可以看瓦時每千克，和瓦時每升。一個是電池有多輕，一個是電池有多小，當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，每一次一個新的電池技術(shù)超越一個舊的電池技術(shù)，在能量密度方面都會增長一倍，這個其實很像另外一個行業(yè)，半導體有一個摩爾定律，每18個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，麻省固能認為是鋰金屬電池。其實看鋰電池包括鋰離子和鋰金屬的市場分布，其實最早發(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)開始推廣進入電動汽車。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，比如說寧德時代、比亞迪、三星、松下等還都是液態(tài)鋰離子，目標當然是固態(tài)鋰金屬，因為更安全，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，在室溫下是不能運行的。
還有一種也是做固態(tài)陶瓷材料，但是因為生產(chǎn)工藝極為復雜，只能做很小的電池，所以目前沒有一個固態(tài)鋰金屬電池可以在室溫下運行，并且可以做車端產(chǎn)品的這個目前還沒有。
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)
其實整個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)階段我們認為鋰電池會更實際一些。
最早在80年代出來的鋰電池，已經(jīng)用的是鋰金屬電池，但是那個時候因為比較厚，很危險，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。鋰離子電池比當初的鋰金屬能量密度更高，而且更安全。
2010年的時候，硅石墨混合替代了石墨鋰離子，硅/石墨混合目前可以達到近300瓦時/千克，700瓦時/升左右。
麻省固能做的其實還是回到鋰金屬，但是用的是非常薄的鋰金屬，并且有一個新的更安全，循環(huán)壽命更高的電解材料。在電芯層面，目前是達到400瓦時/千克以上，1000瓦時/升以上，并不是實驗室樣品，而已經(jīng)實現(xiàn)中實現(xiàn)生產(chǎn)。
其實整個電芯架構(gòu)主要的核心包括鋰金屬負極、固態(tài)保護膜，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，在每次充電的時候鋰金屬表面會形成枝晶。這個枝晶比較細，容易形成短路，然后導致電池爆炸。
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，一個是3安時、一個是6安時，是唯一一家450瓦時/千克以上，通過UN38.3測試，并且可以達到中式線生產(chǎn)的公司。
麻省固能關(guān)于鋰金屬電池主要的核心其實在幾個方面：
第一個是鋰金屬負極的材料；
第二個是液態(tài)鹽材料；
第三個是結(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；
第四個是可以把電池直接和無人機還有電動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，或者把這兩個核心材料負極和電解給電池廠，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)的大概計劃是，2019-2020電池產(chǎn)品進入無人機（Hermes），2020年液態(tài)鹽和鋰金屬負極產(chǎn)品開始銷售給其他電池廠，2021年電池產(chǎn)品進入電動汽車（Apollo）。
寫在最后：
早在2017年，麻省固能發(fā)布了第一代產(chǎn)品Hermes，這款世界上最輕的二次電池，能量密度高達480Wh/Kg，或許將引發(fā)地面和空中運輸方式上新一輪的電池革命。
麻省固體能源公司是當前世界上極少數(shù)能將動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現(xiàn)中式生產(chǎn)供貨的電池廠。
未來，麻省固能準備將該技術(shù)投入太空，消費和工業(yè)無人機，智能手機，可穿戴裝備以及電動汽車領域的應用，一個嶄新的鋰金屬產(chǎn)業(yè)化模式有待開啟！
