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2020年，時值鋰離子電池產(chǎn)業(yè)化第30個年頭，從年初開始，一系列新技術(shù)層出不窮：無鈷電池、四元電池、 CTP電池、刀片電池……
新技術(shù)百舸爭流，一方面映射出產(chǎn)業(yè)正步入技術(shù)拐點，另一方面則暗含潛臺詞：市場需求倒逼下，鋰離子電池性能的進一步提升迫在眉睫。
“面向2025年之后的電動汽車動力電池選擇，要實現(xiàn)400wh/kg以上的能量密度，就必須考慮以金屬鋰為負極的鋰金屬Li-metal電池。”
35歲的80后胡啟朝向高工鋰電這樣表示，作為全球電池科技公司麻省固能（SolidEnergy Systems 簡稱“SES”）的創(chuàng)始人兼CEO，眼下，他正用全部熱情和精力投入到鋰金屬電池的產(chǎn)業(yè)化中。
胡啟朝的熱情所在也是整個行業(yè)的寄望方向，作為下一代動力電池的共識，所有關(guān)于固態(tài)鋰金屬電池的風(fēng)吹草動，全球產(chǎn)業(yè)界都高度關(guān)注。
背后原因在于，整個行業(yè)都清楚一個現(xiàn)實：按照現(xiàn)有的三元和石墨作為正負極活性材料所組成的液態(tài)鋰離子動力電池，重量能量密度極限約為280Wh/kg左右。即便引入硅基合金替代純石墨作為負極材料后，能量密度的上限也只能達到300-350Wh/kg。
車用動力電池技術(shù)路線圖
而將鋰金屬作為負極，該材料的容量為3860 mAh/g，約為石墨的10倍，與現(xiàn)有正極體系搭配，電池能量密度可以輕松達到400wh/kg以上，并且有望超過500wh/kg，同時，由于其本身就是鋰源，正極材料選擇面寬，還能組成能量密度更高的鋰硫和鋰空電池。
要想將動力電池能量密度提升一個量級，鋰金屬電池就是必然要攻克下的一個關(guān)鍵“山頭”。
讓胡啟朝興奮的是，隨著2025年的臨近，這場攻堅戰(zhàn)正在越來越靠近，而他和他帶領(lǐng)的SES，在成立8年后，將挑起“先鋒隊”的角色，迎接新一代電池革命的到來。
2012年，胡啟朝在麻省理工博士后期間就創(chuàng)建了SES。至今從全球最大企業(yè)和財務(wù)投資商融資近1億美金，在他領(lǐng)導(dǎo)下，SES成為世界第一個證明實用性鋰金屬可以達到480Wh/kg和1000Wh/L并得到第三方驗證的企業(yè)。
過去幾年，SES也已經(jīng)將鋰金屬電池逐步導(dǎo)入到無人機、衛(wèi)星、航空、軍用等領(lǐng)域，得到成熟的驗證和應(yīng)用，下一步，其正在為電動汽車和電動飛行汽車的導(dǎo)入做準備。
下一代動力電池全球共識
事實上，胡啟朝緊盯的電池技術(shù)，也是全球車企和頭部動力電池發(fā)力的方向。
瞄準于此，國際車企已經(jīng)開始在緊鑼密鼓的布局，大眾、特斯拉、豐田、通用、現(xiàn)代等都開始投入財力、物力、人力進行固態(tài)鋰金屬電池的研發(fā)和儲備。
與此同時，包括CATL、三星SDI、SKI等頭部電池企業(yè)也都加快投入力度，希望找到產(chǎn)業(yè)化突破口。
在傳統(tǒng)燃油車領(lǐng)域，核心部件發(fā)動機已被各大車企牢牢掌握。但轉(zhuǎn)入電動汽車后，作為三電核心的動力電池，目前僅有少數(shù)車企掌握，大部分動力電池的關(guān)鍵技術(shù)都還被電池廠商掌控。
這意味著，車企如果要控制主動權(quán)和話語權(quán)，就必須要在2025年前改變現(xiàn)有狀態(tài)。正因為如此，很多車企打算投資和收購新的未來電池技術(shù)，以此來改變被電池廠商掌控的格局。
在固態(tài)鋰金屬電池的卡位戰(zhàn)中，車企動作明顯更為積極，這背后的最主要驅(qū)動因素可能在于，曾經(jīng)在鋰電動力電池啟動時錯失主動權(quán)后，車企想在固態(tài)鋰金屬電池時代扳回一局。
OEM動力電池合作伙伴圖譜
主流車企的基本共識是，目前是用石墨為負極的Gen200鋰離子電池，2020年開始用300-350wh/kg硅石墨混合的Gen300鋰離子電池，2025開始逐漸引進400wh/kg以上Gen400鋰金屬電池。
胡啟朝認為，要想在2025年“上車”，意味著要從現(xiàn)在（2020年）開始，啟動前期的產(chǎn)業(yè)化規(guī)劃，同時，在商業(yè)模式上，2025年后的動力電池配套，車企將更加深度的參與其中，以控股或者合資的方式來進行生產(chǎn)開發(fā)，這也是車企目前加大在固態(tài)鋰金屬電池領(lǐng)域提前卡位的原因所在。
高工鋰電獲悉，早在幾年前，SES就已經(jīng)成為全球產(chǎn)業(yè)界關(guān)注的“明星”，其不僅獲得了包括通用、上汽在內(nèi)的車企投資，還得到了SK、天齊鋰業(yè)等企業(yè)的的資本青睞。
“包抄”鋰金屬電池
盡管對于下一代動力電池形成了共識，但如何從目前的液態(tài)鋰離子電池過渡到固態(tài)金屬電池，目前業(yè)內(nèi)存在不同的路徑。
一種路徑是從液態(tài)鋰離子電池到固態(tài)鋰離子電池，再進一步到固態(tài)鋰金屬電池，目前以QuantumScape、輝能等為代表，另一種是從液態(tài)鋰離子電池到高濃度鋰金屬電池，再進一步到固態(tài)鋰金屬電池，以SES為代表。
第一種方式中的固態(tài)鋰離子電池，只是解決了安全，無法突破能量密度瓶頸，第二種方式，能打破能量密度桎梏，但如何克服鋰枝晶帶來的安全問題是最大的難點。
“以高濃度鋰金屬電池作為切入口，雖然難度巨大，但能解決能量密度的核心問題。”
胡啟朝向高工鋰電表示，作為最早瞄準固態(tài)金屬電池的科技企業(yè)，SES就一直致力于鋰金屬電池的開發(fā)和產(chǎn)業(yè)化。不僅解決了技術(shù)上的核心瓶頸，同時也已經(jīng)做好了規(guī)?；慨a(chǎn)前的準備。
目前，SES已經(jīng)在波士頓建立鋰金屬電池研發(fā)中試線，在上海嘉定建立了世界第一個鋰金屬電池生產(chǎn)展示中心。眼下，胡啟朝正在籌備的是，基于SES已經(jīng)成熟的技術(shù)和工藝，通過規(guī)模化生產(chǎn)來備戰(zhàn)2025年的“裝車”。
打破產(chǎn)業(yè)化桎梏
事實上，鋰金屬電池的研究最早可追溯到上世紀60年代，但金屬鋰負極在液態(tài)電池中存在一系列技術(shù)問題，尤其是金屬鋰的不均勻沉積和溶解導(dǎo)致鋰枝晶和孔洞的不均勻形成，從而引發(fā)安全問題。
針對上述行業(yè)難題，SES建立了一整套的解決方式，包括鋰金屬負極材料、高濃度鋰鹽電解質(zhì)材料。同時，SES通過硬件（材料和電芯設(shè)計）和軟件（鋰金屬電池管理系統(tǒng)）的結(jié)合，極大程度降低了鋰枝晶導(dǎo)致的安全問題。
胡啟朝介紹，材料方面，SES擁有LiFSI鹽和高濃度電解液在設(shè)計，生產(chǎn)和提純的全球?qū)＠貏e是美國和歐洲市場。
在鋰金屬電芯和模組設(shè)計，生產(chǎn)和測試方面，SES有全球最大的鋰金屬電芯和模組生產(chǎn)線和數(shù)據(jù)庫，并用其來訓(xùn)練建立人工智能安全預(yù)測電池管理系統(tǒng)，提高鋰金屬電池的安全和可預(yù)測性。
除了安全，SES還實現(xiàn)了鋰金屬電池的循環(huán)和快充問題，其400wh/kg、1000wh/L以上的鋰金屬電芯能夠通過針刺，高溫等安全測試，循環(huán)500次以上，并達到12分鐘10%到80%的快充（有第三方測試證明，并非小的研發(fā)電芯通過模擬算出來的能量密度）。
在產(chǎn)業(yè)化的實現(xiàn)上，結(jié)合隔膜，正極，鋰金屬和、高濃度鋰鹽電解質(zhì)材料結(jié)合，SES形成了相對成熟的工藝，可以達到產(chǎn)業(yè)化的級別。
為了應(yīng)對未來全球化的布局，SES在相關(guān)材料技術(shù)及制備上已經(jīng)完成了全球?qū)＠季?，其中電解液配方及其鋰鹽制備技術(shù)在歐美區(qū)域取得了制備合成到應(yīng)用等系列專利。
在產(chǎn)業(yè)化過去幾年，SES鋰金屬電芯和模組已經(jīng)在無人機、衛(wèi)星等領(lǐng)域成熟應(yīng)用，接下來，結(jié)合車企在固態(tài)鋰金屬電池的應(yīng)用節(jié)奏，胡啟朝開始考慮進一步在電動汽車和電動飛行汽車上的配套。
按照規(guī)劃，SES預(yù)計2022年A樣（100Ah以上），2023年B樣，到2025年能實現(xiàn)量產(chǎn)SOP。最新的進展是，已經(jīng)在和幾家國際車企確定共同開發(fā)協(xié)議。
胡啟朝的思路是，SES一方面要建立一套包括材料、電芯、模組及pack、BMS、回收在內(nèi)的完整的生態(tài)系統(tǒng)。另一方面尋求全球合作伙伴，共同建立GWh級工廠，通過規(guī)?；a(chǎn)來降低成本，以此推動鋰金屬電池的產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用。
“電池技術(shù)的革命并非只是單純的技術(shù)層面的演變，還將會對于現(xiàn)有的產(chǎn)業(yè)格局和行業(yè)形態(tài)發(fā)生顛覆。”胡啟朝的判斷是，前瞻性的卡位對于將來的話語權(quán)的掌握和產(chǎn)業(yè)鏈角色定位將起到至關(guān)重要的作用。
對于車企及全球頭部動力電池企業(yè)而言，必須要在下一代電池及材料領(lǐng)域做好卡位，而對于像SES這樣的新興科技企業(yè)而言，則要依托自身的技術(shù)儲備，并找到戰(zhàn)略合作伙伴，踩準市場化節(jié)拍，推動新技術(shù)和產(chǎn)品的產(chǎn)業(yè)化落地。
與電子領(lǐng)域摩爾定律的周期在18個月所不同，電池領(lǐng)域的變革周期長達30年左右。
過去150年里，電池領(lǐng)域出現(xiàn)過五次核心技術(shù)革命，第一次是1870年鉛酸電池，第二次是1900年鎳鉻電池，第三次是1930年堿性電池，第四次是1960年鎳氫電池，第五次是1990年鋰離子電池。
“2020年，是鋰離子電池產(chǎn)業(yè)化第30個年頭，也意味著電池技術(shù)即將進入一個新的變革周期，下一代動力電池的爭奪賽槍聲已經(jīng)打響。”
站在新一輪產(chǎn)業(yè)周期開啟的時間點，胡啟朝和他的SES充滿信心。
原標題： “卡位”鋰金屬電池
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