鋰金屬二次電池重出江湖。

11月4日，SES（前身為SolidEnergySystems）在線上舉辦了首屆SES Battery World活動(dòng)，發(fā)布了Apollo?混合鋰金屬電池，其容量高達(dá)107Ah，是目前全球單體容量最大的鋰金屬電池，也是世界上首次公開展示的超過100Ah的單體鋰金屬電池。

Apollo?電池容量為107Ah，重量?jī)H0.982Kg，能量密度為417Wh/kg、935Wh/L，通過第三方測(cè)試，在室溫下進(jìn)行10小時(shí)、3小時(shí)和1小時(shí)放電測(cè)試，Apollo?電池均展現(xiàn)出很高的容量和能量密度。

資料來源：SES

不同于鋰離子電池負(fù)極采用石墨或硅，混合鋰金屬電池的負(fù)極采用鋰金屬。

這是人類歷史上第二次試圖將鋰金屬二次電池商業(yè)化的嘗試，采用的還是液態(tài)電解質(zhì)。

SES宣稱，已經(jīng)與通用、現(xiàn)代簽訂了鋰金屬A樣品的聯(lián)合開發(fā)協(xié)議，明年開始推出A樣品；2025年上車并實(shí)現(xiàn)量產(chǎn)。

在此之前，《電動(dòng)汽車觀察家》對(duì)SES創(chuàng)始人兼CEO胡啟朝進(jìn)行了一次專訪，對(duì)他們的產(chǎn)品、技術(shù)和規(guī)劃進(jìn)行了深入了解。

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路線：混合鋰金屬

目前下一代電池呼聲最高的當(dāng)屬固態(tài)電池。顧名思義，固態(tài)電池指的是電解質(zhì)為固態(tài)形式的鋰電池。之所以采用固態(tài)電解質(zhì)，其目的之一，就是為了應(yīng)用鋰金屬負(fù)極，以大幅提高能量密度。

鋰金屬電池的第一次商業(yè)化嘗試，采用的電解質(zhì)就為液態(tài)。

早在1985年，Moli Energy的加拿大公司將鋰金屬電池的首次商業(yè)化應(yīng)用，裝載在“大哥大”上，但是不到半年就因?yàn)榻舆B的爆炸事故發(fā)起全球召回。盛極一時(shí)的Moli公司也因此慘淡收?qǐng)觥?/span>

在科學(xué)家多番嘗試后，采用液態(tài)電解質(zhì)的鋰金屬電池沒有取得突破，人們便將目光投向了固態(tài)電解質(zhì)的解決方案。

固態(tài)電解質(zhì)的思路，雖然能夠有效解決鋰枝晶問題，但是離子導(dǎo)電率低，成為另一個(gè)發(fā)展瓶頸。

鋰金屬負(fù)極在二次電池中的應(yīng)用陷入困境。

如果將液態(tài)電解質(zhì)和固態(tài)電解質(zhì)探索，作為鋰金屬負(fù)極應(yīng)用的前兩個(gè)階段的話，2014年左右則進(jìn)入了第三階段——此時(shí)，高濃度電解液出現(xiàn)了。

胡啟朝解釋說，一般電解液有兩個(gè)材料，即鹽和溶劑。常規(guī)的電解液是非常多的溶劑，很少的鹽。溶劑本身是碳酸鹽，是有機(jī)易燃易燒的材料。整個(gè)電解液大部分是易燃物，自然很不安全。

高濃度電解液恰恰相反，很多的鹽只有一點(diǎn)點(diǎn)溶劑。

SES自己開發(fā)的電解液能做到兩點(diǎn)，一是不易燃，二是改善鋰枝晶形狀。

胡啟朝介紹，他們采用的就是高濃度溶劑在鹽里面的電解質(zhì)，即鹽多溶劑少的電解液?！?strong style="margin: 0px; padding: 0px; outline: 0px; max-width: 100%; box-sizing: border-box !important; overflow-wrap: break-word !important;">只有幾滴溶劑，而且溶劑是無機(jī)溶劑，不可燃。鹽也不是常規(guī)的六氟磷酸鋰，是一個(gè)新的鹽，還加上了自己的配方。”

就是說，雖然電解質(zhì)仍然為液體，但液體本身已經(jīng)不易燃了。

他們的電解液還能改善鋰枝晶的形狀。

“用常規(guī)的電解液，它的鋰枝晶是非常尖、非常蓬松的形狀，這種鋰枝晶是可以穿破隔膜導(dǎo)致電池短路，引起爆炸。用我們新的電解液，鋰枝晶仍然形成，但它形狀完全變了，是一種非常圓且密，很平的形狀。這樣的話是不會(huì)刺破隔膜，不會(huì)導(dǎo)致短路?！?/span>

此外，他們?cè)谪?fù)極上面有一層保護(hù)涂層，把鋰枝晶變得很密之后，再把它壓密，這一點(diǎn)SES是借鑒了固態(tài)電解質(zhì)的思路。

SES技術(shù)對(duì)鋰枝晶的控制

資料來源：SES

即使不那么尖銳、甚至壓平，但是枝晶問題還是存在的。因此，他們采用第三個(gè)方式，軟件監(jiān)測(cè)。他們開發(fā)了一個(gè)軟件監(jiān)測(cè)平臺(tái)——Avatar，對(duì)生產(chǎn)使用的每一個(gè)電芯建立一個(gè)“數(shù)字雙胞胎”，24小時(shí)監(jiān)測(cè)電池安全，并根據(jù)使用狀況提前預(yù)測(cè)出電池的發(fā)展?fàn)顟B(tài)，對(duì)于有隱患的電池進(jìn)行主動(dòng)處理。

資料來源：SES

胡啟朝告訴《電動(dòng)汽車觀察家》，SES鋰金屬電池總共有四塊核心技術(shù)。第一是材料，即電解液，電解液里面的溶劑、配方完全是自己開發(fā)的，不易燃，更加安全。同時(shí)是和鋰金屬在一起也非常穩(wěn)定的液態(tài)。

第二是鋰金屬本身，鋰金屬雖然說是采購(gòu)的，但是要做成超薄、超寬的一個(gè)鋰箔、鋰帶，其實(shí)在工藝方面是有很大挑戰(zhàn)。SES正在和一些供應(yīng)商合作開發(fā)這個(gè)工藝。

第三是電芯制造，SES自己生產(chǎn)電芯。鋰金屬電池和鋰離子電池其實(shí)比較類似，但還是有很多的不同。這部分也是他們的核心技術(shù)。

第四是軟件。SES是從電芯生產(chǎn)開始，原材料質(zhì)量控制，到生產(chǎn)整個(gè)過程中所有的數(shù)據(jù)收集。通過這個(gè)軟件非常準(zhǔn)確地監(jiān)測(cè)每一個(gè)電芯的運(yùn)行狀況，并預(yù)測(cè)風(fēng)險(xiǎn)狀況，“做到提前一個(gè)月預(yù)警。”

胡啟朝表示，他們的混合鋰金屬電池就是將鋰金屬的高能量密度和鋰離子的高制造性能結(jié)合一起，發(fā)揮各自的優(yōu)勢(shì)。

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優(yōu)勢(shì)：性能與鋰離子電池相似，但能量密度顯著提升

在采用與鋰離子電池相同正極的情況下，金屬鋰負(fù)極應(yīng)用能夠?qū)﹄姵啬芰棵芏葞盹@著提升。SES官方給出的數(shù)據(jù)是，Apollo?電池容量為107Ah，重量?jī)H0.982Kg，能量密度能夠做到417Wh/kg、935Wh/L。

胡啟朝告訴《電動(dòng)汽車觀察家》，400Wh/kg是鋰金屬電池能量密度的起點(diǎn)，未來根據(jù)需求，他們將繼續(xù)優(yōu)化，可以到480Wh/kg甚至是500Wh/kg。

如果數(shù)據(jù)屬實(shí)的話，這已經(jīng)遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過目前市場(chǎng)上鋰離子電池的能量密度。

資料來源：SES

安全性、低溫性能及壽命又如何呢？

或是因?yàn)锳polloTM剛剛制造成功測(cè)試數(shù)據(jù)不多。他們目前只給出了三種環(huán)境下的放電測(cè)試，10小時(shí)放電，3小時(shí)放電和1小時(shí)放電。從數(shù)據(jù)看，能量密度和容量都非常接近。

當(dāng)然，SES更多的是給出了他們之前4Ah小電芯的數(shù)據(jù)進(jìn)行參考。

根據(jù)第三方測(cè)試顯示，他們的小電芯可以通過針刺、過充、外部短路以及高溫測(cè)試。用胡啟朝的話說，鋰金屬電池可以達(dá)到與鋰離子電池類似的安全性能。

資料來源：SES

在倍率和低溫性能方面，他們也做了相關(guān)測(cè)試。胡啟朝表示，他們的電池測(cè)試顯示，從40度到零下30度，從非常慢的放電——10小時(shí)放電，到非常快的放電——不到10分鐘放電，一直保持非常高的能量密度。

小電芯充電最快可以4C，放電最快可以10C。

資料來源：SES

此外，鋰金屬電池也可以快充。第三方測(cè)試數(shù)據(jù)顯示，他們的鋰金屬電池從10%充到90%，只需要12分鐘。

資料來源：SES

壽命方面，SES給出的數(shù)據(jù)顯示，3/4層250mAh電池能夠在循環(huán)800次時(shí)實(shí)現(xiàn)80%容量保持率，25+層的4.2Ah電池可以在循環(huán)550次時(shí)，具有90%容量保持率。

胡啟朝表示，他們鋰金屬電池的整個(gè)生產(chǎn)工藝、產(chǎn)業(yè)鏈和鋰離子電池非常類似，其中60%的工藝都是可以共用的，只有負(fù)極生產(chǎn)方面差異較大。也就是混合鋰金屬電芯可生產(chǎn)的能力會(huì)非常好。

正極材料方面，則是根據(jù)車企的需求，沿用鋰離子電池的正極材料，可以做三元和磷酸鐵鋰等方向，也正因此，混合鋰金屬電池性能才與鋰離子電池非常相近。

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進(jìn)展：明年A樣，2025年量產(chǎn)

SES正與通用汽車和現(xiàn)代汽車合作，計(jì)劃明年推出車用級(jí)鋰金屬電池A樣品。

胡啟朝介紹說，他們的計(jì)劃是2022年開始推出A樣品，2023年推出B樣品，2024年做出C樣品，2025年左右上車，正式量產(chǎn)。

資料來源：SES

SES正在建設(shè)上海超級(jí)工廠，計(jì)劃于2023年竣工，總面積為30,000平方米。超級(jí)工廠坐落于上海嘉定國(guó)際汽車城，建成后的產(chǎn)能將達(dá)到1GWh，到時(shí)這會(huì)是全球產(chǎn)能最大的鋰金屬電池工廠。

到2025年，SES將與車企建設(shè)合資工廠，2025年的目標(biāo)是開始投建10GWh，到2028年產(chǎn)能進(jìn)一步提升至30GWh。

資料來源：SES

對(duì)生產(chǎn)基地的布局，則是采取與車企就近原則。

在胡啟朝看來，電池整個(gè)產(chǎn)業(yè)鏈有三步，第一，是材料開發(fā)，美國(guó)具備優(yōu)勢(shì)；第二，是電芯產(chǎn)品開發(fā)和生產(chǎn)工程開發(fā)，這個(gè)是必須放在中國(guó)和韓國(guó)，得益于中、韓的產(chǎn)業(yè)鏈優(yōu)勢(shì)；第三，是生產(chǎn)方面，一般生產(chǎn)的話是要離這個(gè)車企近，像寧德在德國(guó)建廠主要是服務(wù)德國(guó)車企。LG、SK在美國(guó)建廠主要是服務(wù)美國(guó)車企?！叭绻覀兪欠?wù)美國(guó)車企，在美國(guó)建廠，服務(wù)亞洲車企在亞洲建廠，服務(wù)歐洲車企在歐洲建廠?！?/span>

對(duì)于混合鋰金屬電池，胡啟朝很有自信。他表示，SES不在乎到底是固態(tài)電池還是混合態(tài)的電池，他們唯一在乎的是數(shù)據(jù)，真正可以重復(fù)的數(shù)據(jù)。對(duì)于固態(tài)電池，他們?cè)?jīng)有過嘗試，在性能和可生產(chǎn)性上遠(yuǎn)不如混合鋰金屬電池表現(xiàn)優(yōu)異，這也正是他們選擇混合鋰金屬電池的原因所在。

再次需要強(qiáng)調(diào)的是，目前SES給出的數(shù)據(jù)更多來自于4Ah小電芯，100Ah大電芯最早也要到明年才能露出更多數(shù)據(jù)。而且，作為全新的產(chǎn)品，Apollo從A樣品走到量產(chǎn)，還要跨過大規(guī)模生產(chǎn)制造、整車匹配測(cè)試驗(yàn)證，以及實(shí)車應(yīng)用的大關(guān)，關(guān)關(guān)在前，關(guān)關(guān)難過。能不能順利走到量產(chǎn)裝車，讓我們拭目以待。

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