開發(fā)純電動汽車電池的美國初創(chuàng)企業(yè)SES（麻省固能）日前獲得日本車企本田注資約2%，兩家公司簽署了有關(guān)作為新一代電池之一的鋰金屬電池的聯(lián)合開發(fā)協(xié)議，并著眼于在本田量產(chǎn)車上搭載。本田尚未透露具體出資額。
本田等汽車廠商正加快純電動汽車的開發(fā)，但影響續(xù)航里程的電池的生產(chǎn)和采購成本成為一大問題。本田力爭開發(fā)容量大、耐久性高且安全的電池，除了鋰金屬電池以外，還在研發(fā)全固態(tài)電池等多項(xiàng)技術(shù)。
“提高續(xù)航里程和降低成本是電池材料創(chuàng)新的兩個方向?！盨ES創(chuàng)始人胡啟朝前不久接受了集微網(wǎng)的專訪，這位先后在麻省理工和哈佛大學(xué)攻讀物理學(xué)位的年輕創(chuàng)業(yè)者，于2012年創(chuàng)立了SES。公開信息顯示，SES預(yù)定將于今年2月在紐約證券交易所上市，并將以上市為契機(jī)接受本田的出資。公司計劃2025年向汽車廠商交付鋰金屬電池。
負(fù)極材料：電池技術(shù)創(chuàng)新的新路徑
缺貨、漲價，鋰電池產(chǎn)業(yè)也面臨與缺芯相同的困局。日前，寧德時代回復(fù)深交所表示，從未來的產(chǎn)能需求和公司現(xiàn)有產(chǎn)能情況來看，公司2025年產(chǎn)能缺口不低于430GWh。隨著電池需求的攀升，上游材料端也應(yīng)聲漲價。
由于正極材料在電池中占比最大，因此其原材料包括鎳、錳、鈷、鋰等的價格變化極大地影響了電池技術(shù)的發(fā)展。目前主流的磷酸鐵鋰和三元鋰電池的正極材料價格波動較大，特別是鈷等稀有金屬成本一直居高不下。無論是寧德時代去年發(fā)布的鈉離子電池還是蜂巢能源推出的無鈷電池，都是為了解決現(xiàn)有鋰離子電池原材料開采和成本問題所推出的替代方案。
而SES正嘗試從負(fù)極材料端切入，或?qū)⒆屼嚱饘龠@塊舊料又煥發(fā)新的光彩。胡啟朝對集微網(wǎng)強(qiáng)調(diào)，雖然動力電池的續(xù)航能力對電動汽車來說是關(guān)鍵部分，但其安全性和成本仍然是不可忽視的重點(diǎn)，如何在上游材料端尋求創(chuàng)新也是產(chǎn)業(yè)鏈的焦點(diǎn)所在。
而在負(fù)極材料端，山西證券的研報指出，動力電池用負(fù)極材料可以被分為碳系負(fù)極材料和非碳系負(fù)極材料。碳系負(fù)極材料具體可分為石墨、硬碳、軟碳和石墨烯等負(fù)極材料，其中石墨材料可進(jìn)一步分為天然石墨、人造石墨和中間相碳微球。非碳系負(fù)極材料包括鈦基材料、硅基材料、錫基材料、氮化物和金屬鋰等。
人造石墨因其倍率性能好，體積膨脹小，高低溫性能有益、循環(huán)壽命高等優(yōu)勢是目前動力電池負(fù)極主要使用的材料，但非碳系材料的應(yīng)用是后鋰離子電池時代發(fā)展的重要路線。例如硅基材料的比容量大約是石墨的十倍，其成本與容量密度方面均優(yōu)于目前的石墨材料。
“鋰金屬buff”
現(xiàn)在主流的鋰離子電池在負(fù)極上使用石墨，但鋰金屬電池采用鋰，據(jù)稱能實(shí)現(xiàn)達(dá)到現(xiàn)行電池數(shù)倍的容量。不過，鋰金屬并不是鋰離子電池負(fù)極材料端的新替代品，相反，鋰金屬在負(fù)極材料上的性能比石墨甚至硅都還要優(yōu)異，但鋰金屬枝晶會刺破隔膜或電芯外殼，存在較大的安全隱患，因此雖然早早問世但并未大規(guī)模量產(chǎn)。
在電動汽車的發(fā)展帶動下，有多家企業(yè)如SES、恩力動力等在鋰金屬電池賽道上開始布局。其中SES在去年首屆SES Battery World活動上發(fā)布了Apollo鋰金屬電池，其容量高達(dá)107 Ah，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100 Ah的單體鋰金屬電池，計劃今年推出車用級鋰金屬電池A樣品，并在2025年正式開啟鋰金屬電池的商業(yè)化量產(chǎn)。
胡啟朝對集微網(wǎng)表示，采用鋰金屬的材料除了可以提高續(xù)航里程以外，還可以降低整個汽車的成本。例如，如果把磷酸鐵鋰的正極和鋰金屬結(jié)合在一起，能夠達(dá)到的能量密度與目前采用石墨為負(fù)極的三元鋰電池差不多，但磷酸鐵鋰的成本更低。
胡啟朝例舉了不同正負(fù)極材料搭配所能達(dá)到的電池能量密度，他表示，能量密度最低的是磷酸鐵鋰+石墨的組合，達(dá)到200Wh/Kg左右；三元鋰+石墨的組合可以達(dá)到280Wh/Kg；磷酸鐵鋰+鋰金屬可達(dá)到300Wh/Kg；三元鋰+鋰金屬可達(dá)到400Wh/Kg。
鑒于磷酸鐵鋰+鋰金屬與三元鋰+石墨的組合所達(dá)到的能量密度比較接近，但由于磷酸鐵鋰在成本和供應(yīng)鏈的優(yōu)勢，大部分企業(yè)會選擇磷酸鐵鋰+鋰金屬的組合。
為了解決鋰金屬上述的安全問題，SES自研了高濃度電解液，改變了鋰枝晶的微觀形狀，避免直接刺穿隔膜或電芯外殼，此外，SES還在電鍍電池負(fù)極表面時增加了添加劑，使得表面形成保護(hù)膜，減緩鋰枝晶的生長速度。
胡啟朝指出，傳統(tǒng)的液態(tài)電解液之所以不安全，主要是由于采用的易燃易燒的有機(jī)碳酸鹽材料的溶劑。而SES所使用的液體電解液的溶劑是公司耗費(fèi)很長時間自行研發(fā)與生產(chǎn)，它的高濃度使其不可燃，更加安全。
“從生產(chǎn)工藝而言，生產(chǎn)液態(tài)的電解質(zhì)會比固態(tài)要容易很多，對整個產(chǎn)業(yè)鏈而言，可以快速導(dǎo)入。”
除了電解液外，SES還打造了用于監(jiān)控電池健康的人工智能安全軟件Avatar，可以提前幾個月預(yù)警電池健康狀況，提醒用戶盡快送廠保修。
胡啟朝指出，特斯拉與比亞迪是少有的既做電池又做汽車的企業(yè)，大部分企業(yè)只會專攻一個領(lǐng)域，這使得它們的數(shù)據(jù)比較分散，很多時候汽車自燃事故，可能是電池生產(chǎn)過程中就已出現(xiàn)問題，比如焊接或者疊片時的機(jī)械問題。因此，需要將這些生產(chǎn)數(shù)據(jù)收集起來，并根據(jù)數(shù)據(jù)設(shè)置基準(zhǔn)。此外，當(dāng)電池上車后，車主用車習(xí)慣及環(huán)境的不同也會對整個電池安全情況造成不一樣的影響，而一套安全軟件可以從生產(chǎn)到上車應(yīng)用后全方位的監(jiān)測電池的情況，來避免安全隱患及事故發(fā)生。
總體而言，鋰金屬電池并不是對三元鋰或磷酸鐵鋰電池的一種顛覆，而是給予更高的附加值。
鋰金屬電池受車企關(guān)注，技術(shù)上車仍需時間
相較于其他新興電池技術(shù)，鋰金屬電池的生產(chǎn)工藝與現(xiàn)有鋰離子電池十分相近，因此在產(chǎn)業(yè)鏈上更容易導(dǎo)入，也正吸引著主機(jī)廠的目光。
目前SES正與通用汽車和現(xiàn)代汽車合作，計劃今年推出車用級鋰金屬電池A樣品，并在2025年正式開啟鋰金屬電池的商業(yè)化量產(chǎn)。
胡啟朝對集微網(wǎng)表示，一般車企將新的電池技術(shù)上車，需要走一個流程：A樣品-B樣品-C樣品。A樣品的驗(yàn)證周期為兩年左右，B樣品與C樣品各為一年，整個驗(yàn)證周期會持續(xù)4-5年。
根據(jù)SES的規(guī)劃，B樣品將在2023年時候推出，B樣品雖然與A樣品一樣，但在基于相同技術(shù)指標(biāo)和尺寸的需求下，對產(chǎn)能和質(zhì)量控制能力的要求會更高。B樣品上車測試便是C樣品階段，其測試包括不同狀況下的電池性能，如高低溫、加減速、車載娛樂等。
胡啟朝透露，目前SES還處于A樣品階段，將對首個樣品進(jìn)行為期一年的打磨，包括安全、高溫、低溫、慢充慢放、快充快放、充到90%、充到80%等各類細(xì)節(jié)的測試，并基于測試結(jié)果繼續(xù)優(yōu)化，這其中可能需要修改正極、電解液、負(fù)極等。
他表示，SES面臨的挑戰(zhàn)大多來自細(xì)節(jié)方面，從A樣品到C樣品的過程中會出現(xiàn)各種各樣的細(xì)小問題，任何一個電池企業(yè)要想量產(chǎn)上車，都需要經(jīng)歷這樣一個漫長的過程。
2019年，SES在上海嘉定工廠已建成一條中試線，目前正升級成為超級工廠，計劃于2023年竣工，總面積為30,000平方米，建成后的產(chǎn)能將達(dá)到1GWh，會是全球產(chǎn)能最大的鋰金屬電池工廠。胡啟朝對集微網(wǎng)指出，1GWh的產(chǎn)能一般適用于A樣品到B樣品的階段，真正生產(chǎn)最少需要10GWh以上，因此建設(shè)上海嘉定的工廠還是更多地出于樣品測試的考慮。
在全球布局上，SES已與通用、現(xiàn)代、上汽和吉利達(dá)成合作。目前波士頓基地主要做材料開發(fā)、軟件開發(fā)，上海嘉定主要做產(chǎn)品開發(fā)、電芯開發(fā)、生產(chǎn)工藝流程開發(fā)以及和車企合作的項(xiàng)目，比如A樣品聯(lián)合開發(fā)協(xié)議項(xiàng)目。
未來，除美國車企外，中國、日本、德國及韓國的車企項(xiàng)目都會落地上海嘉定工廠。SES計劃在韓國建立一座與嘉定類似，規(guī)模較小的工廠，主要面向美國車企做A樣品的開發(fā)。
值得一提的是，SES會與通用合資建立工廠，利于控制雙方的風(fēng)險。
“我們發(fā)現(xiàn)目前較有效的供應(yīng)方式是電池企業(yè)與車企合資成立公司，這樣的模式目前正逐步成為一種趨勢，如LG與通用合資建立電池工廠、SK和福特、寧德和上汽等。”胡啟朝指出，“合資建立工廠有利于雙方共同承擔(dān)風(fēng)險，也能保障電池交付周期與數(shù)量?！?/p>
（校對/Sharon）
