【芯智駕】動力電池新腦洞，锂金屬電池能“出圈”嗎？

集微網報道，開發純電動汽車電池的美國初創企業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作為新一代電池之一的锂金屬電池的聯合開發協定，并着眼于在本田量産車上搭載。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，但影響續航裡程的電池的生産和采購成本成為一大問題。本田力争開發容量大、耐久性高且安全的電池，除了锂金屬電池以外，還在研發全固态電池等多項技術。

“提高續航裡程和降低成本是電池材料創新的兩個方向。”SES創始人胡啟朝前不久接受了集微網的專訪，這位先後在麻省理工和哈佛大學攻讀實體學位的年輕創業者，于2012年創立了SES。公開資訊顯示，SES預定将于今年2月在紐約證券交易所上市，并将以上市為契機接受本田的出資。公司計劃2025年向汽車廠商傳遞锂金屬電池。

負極材料：電池技術創新的新路徑

缺貨、漲價，锂電池産業也面臨與缺芯相同的困局。日前，甯德時代回複深交所表示，從未來的産能需求和公司現有産能情況來看，公司2025年産能缺口不低于430GWh。随着電池需求的攀升，上遊材料端也應聲漲價。

由于正極材料在電池中占比最大，是以其原材料包括鎳、錳、钴、锂等的價格變化極大地影響了電池技術的發展。目前主流的磷酸鐵锂和三元锂電池的正極材料價格波動較大，特别是钴等稀有金屬成本一直居高不下。無論是甯德時代去年釋出的鈉離子電池還是蜂巢能源推出的無钴電池，都是為了解決現有锂離子電池原材料開采和成本問題所推出的替代方案。

而SES正嘗試從負極材料端切入，或将讓锂金屬這塊舊料又煥發新的光彩。胡啟朝對集微網強調，雖然動力電池的續航能力對電動汽車來說是關鍵部分，但其安全性和成本仍然是不可忽視的重點，如何在上遊材料端尋求創新也是産業鍊的焦點所在。

而在負極材料端，山西證券的研報指出，動力電池用負極材料可以被分為碳系負極材料和非碳系負極材料。碳系負極材料具體可分為石墨、硬碳、軟碳和石墨烯等負極材料，其中石墨材料可進一步分為天然石墨、人造石墨和中間相碳微球。非碳系負極材料包括钛基材料、矽基材料、錫基材料、氮化物和金屬锂等。

人造石墨因其倍率性能好，體積膨脹小，高低溫性能有益、循環壽命高等優勢是目前動力電池負極主要使用的材料，但非碳系材料的應用是後锂離子電池時代發展的重要路線。例如矽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于目前的石墨材料。

“锂金屬buff”

現在主流的锂離子電池在負極上使用石墨，但锂金屬電池采用锂，據稱能實作達到現行電池數倍的容量。不過，锂金屬并不是锂離子電池負極材料端的新替代品，相反，锂金屬在負極材料上的性能比石墨甚至矽都還要優異，但锂金屬枝晶會刺破隔膜或電芯外殼，存在較大的安全隐患，是以雖然早早問世但并未大規模量産。

在電動汽車的發展帶動下，有多家企業如SES、恩力動力等在锂金屬電池賽道上開始布局。其中SES在去年首屆SES Battery World活動上釋出了Apollo锂金屬電池，其容量高達107 Ah，是目前全球單體容量最大的锂金屬電池，也是世界上首次公開展示的超過100 Ah的單體锂金屬電池，計劃今年推出車用級锂金屬電池A樣品，并在2025年正式開啟锂金屬電池的商業化量産。

胡啟朝對集微網表示，采用锂金屬的材料除了可以提高續航裡程以外，還可以降低整個汽車的成本。例如，如果把磷酸鐵锂的正極和锂金屬結合在一起，能夠達到的能量密度與目前采用石墨為負極的三元锂電池差不多，但磷酸鐵锂的成本更低。

胡啟朝例舉了不同正負極材料搭配所能達到的電池能量密度，他表示，能量密度最低的是磷酸鐵锂+石墨的組合，達到200Wh/Kg左右；三元锂+石墨的組合可以達到280Wh/Kg；磷酸鐵锂+锂金屬可達到300Wh/Kg；三元锂+锂金屬可達到400Wh/Kg。

鑒于磷酸鐵锂+锂金屬與三元锂+石墨的組合所達到的能量密度比較接近，但由于磷酸鐵锂在成本和供應鍊的優勢，大部分企業會選擇磷酸鐵锂+锂金屬的組合。

為了解決锂金屬上述的安全問題，SES自研了高濃度電解液，改變了锂枝晶的微觀形狀，避免直接刺穿隔膜或電芯外殼，此外，SES還在電鍍電池負極表面時增加了添加劑，使得表面形成保護膜，減緩锂枝晶的生長速度。

胡啟朝指出，傳統的液态電解液之是以不安全，主要是由于采用的易燃易燒的有機碳酸鹽材料的溶劑。而SES所使用的液體電解液的溶劑是公司耗費很長時間自行研發與生産，它的高濃度使其不可燃，更加安全。

“從生産工藝而言，生産液态的電解質會比固态要容易很多，對整個産業鍊而言，可以快速導入。”

除了電解液外，SES還打造了用于監控電池健康的人工智能安全軟體Avatar，可以提前幾個月預警電池健康狀況，提醒使用者盡快送廠保修。

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，大部分企業隻會專攻一個領域，這使得它們的資料比較分散，很多時候汽車自燃事故，可能是電池生産過程中就已出現問題，比如焊接或者疊片時的機械問題。是以，需要将這些生産資料收集起來，并根據資料設定基準。此外，當電池上車後，車主用車習慣及環境的不同也會對整個電池安全情況造成不一樣的影響，而一套安全軟體可以從生産到上車應用後全方位的監測電池的情況，來避免安全隐患及事故發生。

總體而言，锂金屬電池并不是對三元锂或磷酸鐵锂電池的一種颠覆，而是給予更高的附加值。

锂金屬電池受車企關注，技術上車仍需時間

相較于其他新興電池技術，锂金屬電池的生産工藝與現有锂離子電池十分相近，是以在産業鍊上更容易導入，也正吸引着主機廠的目光。

目前SES正與通用汽車和現代汽車合作，計劃今年推出車用級锂金屬電池A樣品，并在2025年正式開啟锂金屬電池的商業化量産。

胡啟朝對集微網表示，一般車企将新的電池技術上車，需要走一個流程：A樣品-B樣品-C樣品。A樣品的驗證周期為兩年左右，B樣品與C樣品各為一年，整個驗證周期會持續4-5年。

根據SES的規劃，B樣品将在2023年時候推出，B樣品雖然與A樣品一樣，但在基于相同技術名額和尺寸的需求下，對産能和品質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，将對首個樣品進行為期一年的打磨，包括安全、高溫、低溫、慢充慢放、快充快放、充到90%、充到80%等各類細節的測試，并基于測試結果繼續優化，這其中可能需要修改正極、電解液、負極等。

他表示，SES面臨的挑戰大多來自細節方面，從A樣品到C樣品的過程中會出現各種各樣的細小問題，任何一個電池企業要想量産上車，都需要經曆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，目前正更新成為超級工廠，計劃于2023年竣工，總面積為30,000平方米，建成後的産能将達到1GWh，會是全球産能最大的锂金屬電池工廠。胡啟朝對集微網指出，1GWh的産能一般适用于A樣品到B樣品的階段，真正生産最少需要10GWh以上，是以建設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、現代、上汽和吉利達成合作。目前波士頓基地主要做材料開發、軟體開發，上海嘉定主要做産品開發、電芯開發、生産工藝流程開發以及和車企合作的項目，比如A樣品聯合開發協定項目。

未來，除美國車企外，中國、日本、德國及南韓的車企項目都會落地上海嘉定工廠。SES計劃在南韓建立一座與嘉定類似，規模較小的工廠，主要面向美國車企做A樣品的開發。

值得一提的是，SES會與通用合資建立工廠，利于控制雙方的風險。

“我們發現目前較有效的供應方式是電池企業與車企合資成立公司，這樣的模式目前正逐漸成為一種趨勢，如LG與通用合資建立電池工廠、SK和福特、甯德和上汽等。”胡啟朝指出，“合資建立工廠有利于雙方共同承擔風險，也能保障電池傳遞周期與數量。”

（校對/Sharon）