按照规划,SES将于2023年开始建设10GWh产能,做B和C样品产线,预计2025年上车,2026年、2027年有望建成30GWh、70GWh甚至更大的产能。

固态电池

在政策和市场的双重推动下,2021年,动力电池产业似乎迎来了技术上的快速突破期。前有蔚来汽车发布的150kWh固态电池,后有广汽埃安的石墨烯电池,刚刚亮相的钠离子电池则成为最新焦点。此外,初创公司麻省固能(简称“SES”)研发的混合锂金属电池技术,同样受到众多主流企业和投资者的青睐。五花八门的动力电池技术,究竟谁会成为下一代动力电池的“风口”?

锂金属电池美梦成真

新能源汽车行业独立研究员曹广平向记者介绍到,与目前普遍采用的石墨、硅碳等负极材料相比,锂具有更大的克容量,能够大幅提高整个电芯的能量密度。因此,以金属锂作为负极材料的锂金属电池始终是动力电池行业的重要研发方向。关于锂金属电池的研究最早可追溯至上世纪60、70年代,然而,时至今日,锂金属电池的应用问题仍然困扰着整个行业。

曹广平表示,金属锂在稳定性和可控性上表现较差,易与空气中的氧和水分等发生反应,这给锂金属电池的应用造成了诸多困难。此外,金属锂在使用过程中较容易形成锂枝晶,锂枝晶的出现可能会造成正负极短路,最终引发电池着火。而锂枝晶折断后会形成死锂,使得电池容量降低,进而导致电池寿命缩短。宁德时代、中航锂电等动力电池企业都在持续布局的固态电池,能够对锂枝晶形成起到改善作用,然而固态电解质导电性问题始终未能克服。

以固态锂金属电池研发入局的SES,则选择另辟蹊径,以混合锂金属电池这一全新的技术概念,将锂金属电池梦想变成现实,并得到多方支持。据了解,SES成立于2021年,主要从事可充电混合锂金属电池的开发和制造,并在材料、电芯、模块、基于人工智能学习的电池安全算法和电池回收再利用等方面有所涉猎。

通过将成熟高效的锂离子电池生产工艺和锂金属电池的高能量密度进行结合,SES开发出了混合锂金属电池,并在美国和中国两地均建有电池生产工厂,在波士顿、上海和首尔等地开展业务。此外,SES已于7月13日和艾芬豪资本达成合并协议,预计在今年第三或第四季度上市。通用汽车、现代汽车均与SES达成车辆“A-Sample”联合开发协议。

SES创始人兼首席执行官胡启朝表示,合并后的SES将成为全球第一家拥有高能量密度的锂金属技术、具有显著成本效益和大规模生产能力的混合锂金属电池上市公司。按照规划,SES将于2023年开始建设10GWh产能,做B和C样品产线,预计2025年上车,2026年、2027年有望建成30GWh、70GWh甚至更大的产能。

混合锂金属电池能解决痛点吗?

全新的混合锂金属电池究竟能否解决续航里程、电池安全等当下消费者最为关注的痛点问题呢?胡启朝表示,混合锂金属电池结合了锂离子电池和全固态锂金属电池的优点,具备高密度、低成本、轻重量、高安全性、快速充电和智能化等六大优势。

通过在负极部分采用高能量密度的锂金属和保护层,并采用高浓度锂盐电解质作为电解液,再利用人工智能安全算法进行安全模拟和预警,SES的混合锂金属电池比理论上的全固态锂金属电池具有更出色的性能和制造效率。

据介绍,在满足电池寿命与安全要求的前提之下,混合锂金属电池能够提供400Wh/kg的能量密度,在15分钟内即可快速充电达80%。此外,混合锂金属电池的电池容量同样优秀,是传统锂离子电池的两倍。

通常来说,电池能量密度越高,电池的稳定性和安全性就会大打折扣。如何在能量密度提升的同时,保证动力电池的安全性显得尤为重要。对于本身便比较活泼的金属锂而言,这一点更为关键。胡启朝强调,SES从两方面入手,力图解决混合锂金属电池的安全问题。首先,SES采用了自行研发的高浓度电解液并加上锂金属保护层,从电池材料入手保证电池的安全性。其次,在整个汽车电池管理系统里面,融入人工智能安全算法。通过对电池采集全方位的数据,能够提前几个月甚至更长时间,对电池安全进行评估和预警,起到预防作用。

谁能成为未来引领者?

“目前看来,固态锂金属电池产业化仍然是个梦,混合锂金属电池是目前进展最快的锂金属电池技术解决方案。”胡启朝如是说。他介绍到,锂是目前自然界最轻的金属,锂电池的体积和重量都比其他电池更具优势。此外,锂金属电池的能量密度和续航里程也是最高的。因此,无论是走纯固态、混合还是液态路线,电池的终端应该是锂金属电池。

然而,伊维经济研究院研究部总经理、中国电池产业研究院院长吴辉表示,由于锂金属本身的特质,目前在锂金属电池上的技术难题仍未解决,即便在生产和制作上做好了准备,产业化还是稍显不现实。“如果电池用电解液,负极材料用金属锂的话,就容易出现安全性问题;如果选择用金属锂当负极材料,就必须用固态电解质,然而目前固态电解质导电性等方面还存在很多问题。这是宁德时代等电池供应商一直还在研发锂金属电池,仍然没有量产的原因”,吴辉说。

日前刚刚亮相的钠离子电池,号称兼具低温性能、快充以及环境适应性等方面的优点,似乎在应用上颇具优势。吴辉认为,钠离子从技术上来讲完全可以实现产业化,成本也很低。但是,由于钠离子比锂离子体积更大,钠离子的能量密度较低,与电动汽车相比,钠离子电池在储能电站等能量密度要求不高的领域更易普及。

无论是混合锂金属电池,还是钠离子电池,各种动力电池技术路线的出现,并不代表着取代。当前动力电池行业仍处于快速发展阶段,多种动力电池技术需要兼容互补,推动整个行业的进步。正如宁德时代21C创新实验室数字化研发中心主任魏奕民所言:“对于产业而言,材料的创新影响深远。从目前来看,下一代材料的确定性还不强,需要企业对多方面持续布局和关注。”

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