作者 | Juice
編輯 | 曉寒
動(dòng)力電池最終的形態(tài)將會(huì)是什么？
對(duì)于這個(gè)問(wèn)題，很多動(dòng)力電池企業(yè)都無(wú)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(wú)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(kāi)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)力電池初創(chuàng)企業(yè)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(shuō)，混合鋰金屬電池僅僅通過(guò)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(huì)攪動(dòng)現(xiàn)在的動(dòng)力電池行業(yè)。
正因?yàn)槿绱?，SES也已經(jīng)獲得了多個(gè)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(gòu)公司達(dá)成最終合并協(xié)議，將通過(guò)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(lái)，SES將會(huì)成為全球少有的幾家動(dòng)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(shì)，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(jìn)行了一場(chǎng)電話采訪，找出了問(wèn)題的答案。
本文福利：新能源汽車發(fā)展提速，動(dòng)力電池產(chǎn)業(yè)最受益。分享報(bào)告《車載動(dòng)力電池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(shuō)現(xiàn)在美國(guó)上市的三家動(dòng)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(shí)的熱潮分不開(kāi)。2008年，美國(guó)能源部開(kāi)始給一些新的能源技術(shù)投資，動(dòng)力電池、太陽(yáng)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(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?！彼蜍嚃|西說(shuō)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(guó)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(gè)業(yè)界為之一震，也導(dǎo)致資本市場(chǎng)對(duì)動(dòng)力電池失去信心。對(duì)SES來(lái)說(shuō)，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(kāi)，胡啟朝堅(jiān)持了下來(lái)。
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(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(kāi)始做這方面的研究，我自己也在2007年開(kāi)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(wèn)題難以解決?！?996年我導(dǎo)師開(kāi)始做固態(tài)鋰金屬電池的時(shí)候，大家說(shuō)還需要8年才能成功。2007年我開(kāi)始做的時(shí)候，行業(yè)也說(shuō)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(gè)夢(mèng)?！?
意識(shí)到這一問(wèn)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(guò)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(guó)際主流車廠的A樣品聯(lián)合開(kāi)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(lái)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11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(lái)。
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(kāi)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(kāi)發(fā)難度更大的混合鋰金屬電池。
“其實(shí)上世紀(jì)最早的鋰電池就是鋰金屬電池，這主要是因?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?！焙鷨⒊f(shuō)。
從技術(shù)上來(lái)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(xiǎn)很難解決，后來(lái)做固態(tài)電池路線的研發(fā)人員開(kāi)始想辦法解決鋰金屬的問(wèn)題，將鋰金屬壓的很密，但這也導(dǎo)致了很多問(wèn)題的誕生，性能和安全上的問(wèn)題都沒(méi)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?shí)際。
▲SES混合鋰金屬電池樣品
簡(jiǎn)單來(lái)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(guò)，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的主要研發(fā)方向。胡啟朝說(shuō)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(gòu)買高純度的鋰金屬，然后滾壓成比較厚的鋰箔，然后再?gòu)?00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(méi)有明說(shuō)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(jiàn)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(guò)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(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)極材料需要漿料、涂布、滾壓、干燥等程序，每一個(gè)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(jiǎn)單了，直接將鋰滾壓成鋰箔，整個(gè)過(guò)程在干燥的環(huán)境中進(jìn)行，沒(méi)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(lái)，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(lái)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(duì)于持續(xù)監(jiān)測(cè)電池健康和安全也至關(guān)重要。SES通過(guò)開(kāi)發(fā)先進(jìn)的人工智能算法來(lái)診斷與電池單元相關(guān)的健康問(wèn)題，以及開(kāi)發(fā)先進(jìn)的控制算法和充電方法來(lái)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(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(kāi)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(kāi)始和部分車企進(jìn)行產(chǎn)品驗(yàn)證了。
一般車企在動(dòng)力電池的研發(fā)方面需要經(jīng)過(guò)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3月宣布與通用汽車達(dá)成聯(lián)合開(kāi)發(fā)協(xié)議，在波士頓為后者開(kāi)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(kāi)發(fā)協(xié)議，為現(xiàn)代的電動(dòng)汽車開(kāi)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)重要作用。未來(lái)的產(chǎn)品研發(fā)、工藝開(kāi)發(fā)、產(chǎn)業(yè)鏈、軟件、電池模組開(kāi)發(fā)都會(huì)集中于此。2023年，這一中心的產(chǎn)能預(yù)計(jì)將達(dá)到1GWh，對(duì)于鋰離子電池來(lái)說(shuō)并不算大，但對(duì)于鋰金屬電池來(lái)說(shuō)，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(lái)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上海工廠外景
上海生產(chǎn)和研發(fā)中心的產(chǎn)能還會(huì)進(jìn)一步擴(kuò)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(huì)和車企以合資的方式來(lái)建設(shè)，而70GWh的工廠會(huì)等訂單和產(chǎn)品都穩(wěn)定之后由SES自己來(lái)建設(shè)?！?
不過(guò)他也強(qiáng)調(diào)了，這只是目前的規(guī)劃，但整個(gè)動(dòng)力電池市場(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(lái)落實(shí)。
04.
結(jié)語(yǔ)：動(dòng)力電池行業(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(guò)了30%，整個(gè)大勢(shì)已經(jīng)不可逆轉(zhuǎn)。
動(dòng)力電池作為電動(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(lái)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)電池企業(yè)和車企的青睞，其產(chǎn)品已經(jīng)開(kāi)始在驗(yàn)證裝車了。
但對(duì)于整個(gè)動(dòng)力電池行業(yè)來(lái)說(shuō)，變革還在進(jìn)行中。
