作者 | Juice
編輯 | 曉寒
動力電池最終的形態(tài)將會是什么？
對于這個問題，很多動力電池企業(yè)都無法給出標(biāo)準(zhǔn)的答案，市場上有各種各樣的嘗試，例如無鈷電池、鈉離子電池、固態(tài)電池、石墨烯電池都在不斷涌現(xiàn)。
但這作為一道開放式的試題，其最終答案也不應(yīng)該只有上面這幾種，很多動力電池初創(chuàng)企業(yè)正在書寫自己的答案，麻省固能（以下簡稱為SES）也給出了自己的答案——混合鋰金屬電池。
與現(xiàn)在通用的鋰離子電池相比，混合鋰金屬電池最大的區(qū)別在負(fù)極材料上，搭載了混合鋰金屬電池的車輛續(xù)航可以提升60%以上，充電速度也有了大幅的提升，可以在12分鐘內(nèi)充電至80%，在成本方面，混合鋰金屬電池的綜合生產(chǎn)成本也可以降低18%。
更重要的是，生產(chǎn)混合鋰金屬電池不需要從頭新建供應(yīng)鏈，完全可以采用現(xiàn)在的產(chǎn)業(yè)鏈體系。也就是說，混合鋰金屬電池僅僅通過負(fù)極材料的更改就能全面提升鋰電池的性能。
一旦成功量產(chǎn)，混合鋰金屬電池或許會攪動現(xiàn)在的動力電池行業(yè)。
正因為如此，SES也已經(jīng)獲得了多個車企和電池企業(yè)的重視，投資者的名單中不乏通用、現(xiàn)代、SK、上汽、吉利等大公司的身影。
而在近期，SES還宣布和艾芬豪資本收購公司達(dá)成最終合并協(xié)議，將通過SPAC形式在今年11月中旬左右在紐約證券交易所掛牌上市。這樣一來，SES將會成為全球少有的幾家動力電池上市公司，更是第一家上市的鋰金屬電池公司。
那么，SES的混合鋰金屬電池究竟具備哪些優(yōu)勢，能讓通用、現(xiàn)代、SK等大企業(yè)青睞？這家公司又為何能夠登陸紐約證券交易所呢？
就在日前，車東西和SES的創(chuàng)始人兼CEO胡啟朝進行了一場電話采訪，找出了問題的答案。
本文福利：新能源汽車發(fā)展提速，動力電池產(chǎn)業(yè)最受益。分享報告《車載動力電池FPC進入爆發(fā)期》，公眾號對話框回復(fù)【車東西0262】下載。
01.
麻省高材生帶隊創(chuàng)業(yè) 探索全新電池路徑
胡啟朝早年在麻省理工大學(xué)求學(xué)，并于2007年獲得物理學(xué)學(xué)士學(xué)位，此后前往哈佛大學(xué)攻讀應(yīng)用物理學(xué)博士，并在2012年正式獲得博士學(xué)位。
也是在2012年，胡啟朝正式創(chuàng)辦了SES，他回憶說現(xiàn)在美國上市的三家動力電池企業(yè)幾乎都是在2011年、2012年左右成立的，這跟當(dāng)時的熱潮分不開。2008年，美國能源部開始給一些新的能源技術(shù)投資，動力電池、太陽能電池、燃料電池等新型能源的企業(yè)都受到了投資。
“當(dāng)時很明顯地感受到了周圍的這股浪潮，剛好博士期間也在做電池相關(guān)的研究，所以畢業(yè)以后就很自然地創(chuàng)業(yè)了。”他向車東西說道。
像任何一家初創(chuàng)企業(yè)一樣，SES也經(jīng)歷了自己的難題。
2012年，總部位于美國馬薩諸塞州的鋰電池制造商A123公司正式宣告破產(chǎn)，作為一家成立了12年的新能源電池標(biāo)桿企業(yè)，它的落幕令整個業(yè)界為之一震，也導(dǎo)致資本市場對動力電池失去信心。對SES來說，最直接的影響就是融資變得困難了。幾位聯(lián)合創(chuàng)始人陸續(xù)離開，胡啟朝堅持了下來。
而在創(chuàng)業(yè)之初，SES的研發(fā)方向也并不是現(xiàn)在的混合鋰金屬電池，而是固態(tài)鋰金屬電池?！爱?dāng)時固態(tài)電池非?；穑蠹叶荚谧鲞@方面的嘗試，我的導(dǎo)師在1996年就開始做這方面的研究，我自己也在2007年開始投入這個領(lǐng)域?！?
但一直到2015年，他發(fā)現(xiàn)固態(tài)電池還存在許多基礎(chǔ)化學(xué)的問題難以解決?！?996年我導(dǎo)師開始做固態(tài)鋰金屬電池的時候，大家說還需要8年才能成功。2007年我開始做的時候，行業(yè)也說還需要8年才能成功。直到現(xiàn)在，還是普遍認(rèn)為至少再需要8年。全固態(tài)的鋰金屬電池就是一個夢?！?
意識到這一問題，SES就迅速改變了路線，轉(zhuǎn)向了混合鋰金屬電池。
混合鋰金屬電池更容易量產(chǎn)，這種電池的能量密度和充電性能相比于現(xiàn)在的鋰離子電池都有了大幅度的提升，而且在成本方面可以降低18%。
一旦產(chǎn)品研發(fā)成功，可以通過現(xiàn)有的供應(yīng)鏈體系實現(xiàn)大規(guī)模量產(chǎn)，對當(dāng)前的動力電池格局具有不小的沖擊力。
目前，SES已經(jīng)獲得了通用和現(xiàn)代兩大國際主流車廠的A樣品聯(lián)合開發(fā)協(xié)議，預(yù)計將會在2025年實現(xiàn)量產(chǎn)裝車。
▲SES混合鋰金屬電池樣品
在重新調(diào)整了研究方向后，SES也迎來了快速發(fā)展，目前已經(jīng)完成5輪融資，投資商包括通用汽車、現(xiàn)代、SK、淡馬錫、上汽、天齊鋰業(yè)等，累計融資近2.7億美元（約合人民幣17.44億元）。
在完成SPAC之后還將會獲得4.76億美元（約合人民幣30.75億元），到11月份，SES將會累積獲得7億美元（約合人民幣45.22億元）左右的資金，吉利、LG等其他的一些戰(zhàn)略投資商也將會參與進來。
據(jù)介紹，目前SES在全球有一支約110人的團隊，研發(fā)人員的比例高達(dá)90%。公司總部設(shè)在新加坡，在上海、首爾和波士頓開展業(yè)務(wù)。
02.
產(chǎn)品優(yōu)于傳統(tǒng)鋰離子電池 適配現(xiàn)行產(chǎn)業(yè)鏈
與現(xiàn)在比較流行的鋰離子電池不同，SES選擇了開發(fā)難度更大的混合鋰金屬電池。
“其實上世紀(jì)最早的鋰電池就是鋰金屬電池，這主要是因為鋰是整個元素周期表中最輕的金屬，在能量密度等方面占有很大的優(yōu)勢，但當(dāng)時的電解液是液態(tài)的，非常不安全，于是鋰離子慢慢取代了鋰金屬電池。”胡啟朝說。
從技術(shù)上來看，鋰離子電池和鋰金屬電池的正極材料完全一樣，最大區(qū)別就在于電池的負(fù)極。鋰離子電池的負(fù)極主要是石墨和硅，而鋰金屬電池的負(fù)極則為鋰金屬。
在上世紀(jì)九十年代初期，鋰金屬電池存在一定的危險很難解決，后來做固態(tài)電池路線的研發(fā)人員開始想辦法解決鋰金屬的問題，將鋰金屬壓的很密，但這也導(dǎo)致了很多問題的誕生，性能和安全上的問題都沒有完全解決。
而到2014年、2015年之后，鋰金屬電池的電解液又回到了液態(tài)，但這是全新的電解液，安全性非常高，鋰金屬電池就變得非?？捎煤蛯嶋H。
▲SES混合鋰金屬電池樣品
簡單來看，鋰金屬電池和鋰離子電池在正極材料、電解液上都完全相同，只是負(fù)極材料由石墨和硅轉(zhuǎn)變成了純鋰金屬。
不過，負(fù)極材料的研發(fā)也是鋰金屬電池的難點，所以這也是SES的主要研發(fā)方向。胡啟朝說把鋰金屬做薄主要有三種工藝，一種是滾壓的方式，把鋰金屬滾壓成很薄的狀態(tài)；另一種方式是將鋰金屬做成顆粒，漿料涂布；第三種方式則是把鋰金屬在真空環(huán)境下蒸發(fā)，再鍍到載體上。
SES采用的路徑是滾壓，首先購買高純度的鋰金屬，然后滾壓成比較厚的鋰箔，然后再從100微米逐步往60微米甚至20微米壓，最后達(dá)到所需要的厚度。胡啟朝并沒有明說SES可以將鋰箔做到什么厚度，只是透露了將會在30微米以下。
與現(xiàn)行的鋰離子電池相比，鋰金屬電池的優(yōu)點也是顯而易見的。一般前者的能量密度在260Wh/kg或280Wh/kg左右，但鋰金屬電池的能量密度可以達(dá)到400Wh/kg。
他還舉例，今年1月通用汽車推出的純電悍馬，采用鋰離子電池的續(xù)航里程可達(dá)到300英里（約合483公里），而替換成鋰金屬電池后，續(xù)航里程可以達(dá)到500英里（約合805公里），提升超過60%。
▲SES波士頓研發(fā)中心內(nèi)部
在充電方面，目前鋰離子電池一般需要30分鐘充滿80%的電量，而經(jīng)第三方的測試機構(gòu)驗證，SES的鋰金屬電池僅需12分鐘就能將電池充電至80%。
另一方面，電池的成本也會明顯降低。胡啟朝表示，常規(guī)鋰離子電池的負(fù)極材料需要漿料、涂布、滾壓、干燥等程序，每一個環(huán)節(jié)都需要大量的設(shè)備投入。而鋰金屬電池就比較簡單了，直接將鋰滾壓成鋰箔，整個過程在干燥的環(huán)境中進行，沒有溶劑，所以設(shè)備和環(huán)境的要求都會更簡單一些。
綜合下來，鋰金屬電池的成本將會比鋰離子電池的成本低18%左右。
而在安全方面，由于鋰金屬電池的正極材料、電解液和鋰離子電池都完全一樣，所以基本上可以采用現(xiàn)在電池企業(yè)所采取的措施，從電芯、模組等方面做散熱。而在冬季低溫續(xù)航方面，鋰金屬電池也可以采用現(xiàn)在的一些方式來解決，如正極材料做混合、電解液里加入添加劑等方式。
材料外，軟件對于持續(xù)監(jiān)測電池健康和安全也至關(guān)重要。SES通過開發(fā)先進的人工智能算法來診斷與電池單元相關(guān)的健康問題，以及開發(fā)先進的控制算法和充電方法來提高電池的循環(huán)壽命和安全性，并將此類軟件移植到可以集成到電池組的電池管理系統(tǒng)（Battery Management Systems, 簡稱“BMS”）上，從而從軟件方面進一步提高電池的安全性。
03.
與通用、現(xiàn)代達(dá)成合作 逐步開啟量產(chǎn)之路
值得注意的是，SES的混合鋰金屬電池并非完全停留在實驗室階段，已經(jīng)開始和部分車企進行產(chǎn)品驗證了。
一般車企在動力電池的研發(fā)方面需要經(jīng)過工程樣品、A樣品、B樣品和C樣品的10年漫長周期。在順利完成工程樣品后，SES已于今年3月宣布與通用汽車達(dá)成聯(lián)合開發(fā)協(xié)議，在波士頓為后者開發(fā)A樣品電池；5月，SES又和現(xiàn)代汽車與起亞簽署聯(lián)合開發(fā)協(xié)議，為現(xiàn)代的電動汽車開發(fā)A樣品電池。
根據(jù)目前的規(guī)劃，明年將進行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年實現(xiàn)裝車上路。
在SES的全球布局中，位于上海嘉定的生產(chǎn)和研發(fā)中心將會承擔(dān)重要作用。未來的產(chǎn)品研發(fā)、工藝開發(fā)、產(chǎn)業(yè)鏈、軟件、電池模組開發(fā)都會集中于此。2023年，這一中心的產(chǎn)能預(yù)計將達(dá)到1GWh，對于鋰離子電池來說并不算大，但對于鋰金屬電池來說，這將會是全球最大的生產(chǎn)中心。為了控制產(chǎn)品質(zhì)量和降低成本，未來SES還會自己生產(chǎn)電芯、材料、模組，甚至電池管理系統(tǒng)、電池安全軟件等。
▲SES上海工廠外景
上海生產(chǎn)和研發(fā)中心的產(chǎn)能還會進一步擴大，胡啟朝表示，下一步是10GWh產(chǎn)能，再之后是30GWh和70GWh。10GWh和30GWh的工廠應(yīng)該會和車企以合資的方式來建設(shè)，而70GWh的工廠會等訂單和產(chǎn)品都穩(wěn)定之后由SES自己來建設(shè)。“
不過他也強調(diào)了，這只是目前的規(guī)劃，但整個動力電池市場的需求變化也會比較大，后續(xù)的建廠規(guī)模和建廠節(jié)奏也將會根據(jù)需求來落實。
04.
結(jié)語：動力電池行業(yè)仍需技術(shù)變革
汽車行業(yè)電動化轉(zhuǎn)型的趨勢已經(jīng)非常明顯了，上個月上海的新能源汽車滲透率已經(jīng)超過了30%，整個大勢已經(jīng)不可逆轉(zhuǎn)。
動力電池作為電動汽車的核心零部件仍然是重中之重，但現(xiàn)在所采用的動力電池如三元鋰電池和磷酸鐵鋰電池都存在著一定的短板，車企和電池企業(yè)也在積極尋找新的產(chǎn)品來彌補這些不足。
SES的混合鋰金屬電池就是這些嘗試之一，從電池的負(fù)極材料上直接入手，用鋰金屬替代傳統(tǒng)的石墨和硅，從能量密度、充電速度和成本方面都做了提升，目前也已經(jīng)受到了多個電池企業(yè)和車企的青睞，其產(chǎn)品已經(jīng)開始在驗證裝車了。
但對于整個動力電池行業(yè)來說，變革還在進行中。
