作者|Juice

編輯|曉寒

動(dòng)力鋰離子電池最終的形態(tài)將會(huì)是什么？

有關(guān)這個(gè)問題，很多動(dòng)力鋰離子電池公司都無法給出標(biāo)準(zhǔn)的答案，市場(chǎng)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(dòng)力鋰離子電池初創(chuàng)公司正在書寫自己的答案，麻省固能（以下簡(jiǎn)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差別在負(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離子電池的性能。

一旦成功量產(chǎn)，混合鋰金屬電池或許會(huì)攪動(dòng)現(xiàn)在的動(dòng)力鋰離子電池行業(yè)。

正因?yàn)槿绱耍琒ES也已經(jīng)獲得了多個(gè)車企和電池公司的重視，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形式在今年十一月中旬左右在紐約證券交易所掛牌上市。這樣一來，SES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什么優(yōu)勢(shì)，能讓通用、現(xiàn)代、SK等大公司青睞？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(jìn)行了一場(chǎng)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(dòng)力鋰離子電池產(chǎn)業(yè)最受益。分享報(bào)告《車載動(dòng)力鋰離子電池FPC進(jìn)入爆發(fā)期》，公眾號(hào)對(duì)話框回復(fù)【車東西0262】下載。

01.

麻省高材生帶隊(duì)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(dòng)力鋰離子電池公司幾乎都是在2011年、2012年左右成立的，這跟當(dāng)時(shí)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(dòng)力鋰離子電池、太陽能電池、燃料動(dòng)力鋰電池等新型能源的公司都受到了投資。

“當(dāng)時(shí)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)公司相同，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離子電池制造商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)桿公司，它的落幕令整個(gè)業(yè)界為之一震，也導(dǎo)致資本市場(chǎng)對(duì)動(dòng)力鋰離子電池失去信心。對(duì)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(jiān)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。“當(dāng)時(shí)固態(tài)電池非常火，大家都在做這方面的嘗試，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(gè)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。“1996年我導(dǎo)師開始做固態(tài)鋰金屬電池的時(shí)候，大家說還要8年才能成功。2007年我開始做的時(shí)候，行業(yè)也說還要8年才能成功。直到現(xiàn)在，還是普遍認(rèn)為至少再要8年。全固態(tài)的鋰金屬電池就是一個(gè)夢(mèng)。”

意識(shí)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(shí)現(xiàn)大規(guī)模量產(chǎn)，對(duì)當(dāng)前的動(dòng)力鋰離子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(jì)將會(huì)在2025年實(shí)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(jì)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(huì)獲得4.76億美元（約合人民幣30.75億元），到十一月份，SES將會(huì)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(huì)參與進(jìn)來。

據(jù)介紹，目前SES在全球有一支約110人的團(tuán)隊(duì)，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(shí)上世紀(jì)最早的鋰離子電池就是鋰金屬電池，這重要是因?yàn)殇囀钦麄€(gè)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(shì)，但當(dāng)時(shí)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相同，最大差別就在于電池的負(fù)極。鋰離子電池的負(fù)極重要是石墨和硅，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(xiǎn)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常可用和實(shí)際。

▲SES混合鋰金屬電池樣品

簡(jiǎn)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(diǎn)，所以這也是SES的重要研發(fā)方向。胡啟朝說把鋰金屬做薄重要有三種工藝，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(huì)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(diǎn)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，今年一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要30分鐘充滿80%的電量，而經(jīng)第三方的測(cè)試機(jī)構(gòu)驗(yàn)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(huì)明顯降低。胡啟朝表示，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)備投入。而鋰金屬電池就比較簡(jiǎn)單了，直接將鋰滾壓成鋰箔，整個(gè)過程在干燥的環(huán)境中進(jìn)行，沒有溶劑，所以設(shè)備和環(huán)境的要求都會(huì)更簡(jiǎn)單一些。

綜合下來，鋰金屬電池的成本將會(huì)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相同，所以基本上可以采用現(xiàn)在電池公司所采取的措施，從電芯、模組等方面做散熱。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，軟件有關(guān)持續(xù)監(jiān)測(cè)電池健康和安全也至關(guān)重要。SES通過開發(fā)先進(jìn)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(jìn)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)（BatteryManagementSystems,簡(jiǎn)稱“BMS”）上，從而從軟件方面進(jìn)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(shí)驗(yàn)室階段，已經(jīng)開始和部分車企進(jìn)行產(chǎn)品驗(yàn)證了。

一般車企在動(dòng)力鋰離子電池的研發(fā)方面要經(jīng)過工程樣品、A樣品、B樣品和C樣品的10年漫長(zhǎng)周期。在順利完成工程樣品后，SES已于今年三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；五月，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(dòng)汽車開發(fā)A樣品電池。

根據(jù)目前的規(guī)劃，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年實(shí)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(huì)承擔(dān)重要用途。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(huì)集中于此。2023年，這一中心的產(chǎn)量預(yù)計(jì)將達(dá)到1GWh，有關(guān)鋰離子電池來說并不算大，但有關(guān)鋰金屬電池來說，這將會(huì)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(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。

▲SES上海廠外景

上海生產(chǎn)和研發(fā)中心的產(chǎn)量還會(huì)進(jìn)一步擴(kuò)大，胡啟朝表示，下一步是10GWh產(chǎn)量，再之后是30GWh和70GWh。10GWh和30GWh的廠應(yīng)該會(huì)和車企以合資的方式來建設(shè)，而70GWh的廠會(huì)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(qiáng)調(diào)了，這只是目前的規(guī)劃，但整個(gè)動(dòng)力鋰離子電池市場(chǎng)的需求變化也會(huì)比較大，后續(xù)的建廠規(guī)模和建廠節(jié)奏也將會(huì)根據(jù)需求來落實(shí)。

04.

結(jié)語：動(dòng)力鋰離子電池行業(yè)仍需技術(shù)變革

汽車行業(yè)電動(dòng)化轉(zhuǎn)型的趨勢(shì)已經(jīng)非常明顯了，上個(gè)月上海的新能源汽車滲透率已經(jīng)超過了30%，整個(gè)大勢(shì)已經(jīng)不可逆轉(zhuǎn)。

動(dòng)力鋰離子電池作為電動(dòng)汽車的核心零部件仍然是重中之重，但現(xiàn)在所采用的動(dòng)力鋰離子電池如三元鋰離子電池和磷酸鐵鋰離子電池都存在著一定的短板，車企和電池公司也在積極尋找新的產(chǎn)品來彌補(bǔ)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(gè)電池公司和車企的青睞，其產(chǎn)品已經(jīng)開始在驗(yàn)證裝車了。

但有關(guān)整個(gè)動(dòng)力鋰離子電池行業(yè)來說，變革還在進(jìn)行中。