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混合锂金属电池量产倒计时,或掀下一次电池革命|专访

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DeepTech深科技 2021-07-23 10:19

“2025 年后,电动汽车电池将会从锂离子转向锂金属电池,这一点毋庸置疑。” 锂金属电池制造公司 SES 创始人胡启朝对 DeepTech 说道。

2019 年,他因研发混合锂金属电池而被评选为《麻省理工科技评论》2019 年度全球 “35 岁以下科技创新 35 人”。

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图|混合锂金属电池(来源:SES)

胡启朝创办的 SES 于 2012 年从麻省理工学院(MIT)独立出来正式成立,总部位于新加坡,致力于开发和制造用于汽车和运输应用的高性能锂金属电池,目前在美国和中国两地经营电池原型生产厂,并在(美国)波士顿、(中国)上海和(韩国)首尔都有开展业务。

另辟蹊径:打造锂金属 “混合” 电池

这种锂金属混合电池在负极部分采用了高能量密度的锂金属和保护层,电解液是具有专利的高浓度锂盐电解质,并采用了人工智能(AI)安全算法来进行安全模拟和预警,使其电池比理论上的全固态锂金属电池具有更出色的的性能和制造效率。

在满足电池寿命和安全要求的前提下,SES 的锂金属混合电池能提供 400 Wh/kg 的能量密度,15 分钟内可快充达 80%。电池容量是传统锂离子电池的两倍,同样产能和使用同样正极材料的情况下,成本能降低 20%,材料本身也会更安全。

这些混合锂金属电池现在可以广泛应用到电动汽车、无人机,甚至在航空和国防领域也可进行部署。

高能量密度和高安全的电池对于车企来说,最核心的吸引力便是低成本,胡启朝认为这正是他的锂金属混合电池能够同时满足的。

(来源:SES)

在接受 DeepTech 采访时,他回忆了整个锂电池的发展过程,胡启朝认为,自上个世纪 70 年代首个锂电池问世一来,锂电在这短短的四五十年间经历了大约四个阶段:

第一阶段是 1996 年以前的液态锂金属电池,因安全性极低,所以没有被推广,并逐渐被后来的锂离子电池所替代。

第二阶段是对纯固态的锂金属电池的研究,纯固态尽管解决了枝晶的问题(早期锂金属电池原型在充电时会形成针状结构即枝晶,这会造成电池短路,导致电池起火或爆炸),一定程度上提供了安全性,但同样存在低温、室温情况下的性能较差,能量密度低、材质厚重等缺陷。

第三阶段,在 2015 年后,开发出一种高浓度电解液,这种电解液是液态的,但却拥有着匹敌固态电解液的导电性,可以将其理解为低熔点的固态电解液, 因此它兼具固态电解液的安全性,同时又是液态的电解液。

“我们认为全固态锂金属电池的技术路径可能永远都难以实现,混合锂金属电池通过混合氧化物固态电解质加高浓度电解液,是目前进展最快的锂金属电池技术解决方案。” 胡启朝表示。

图 | 锂金属混合电池(来源:SES)

同时他承认,即使使用了高浓度电解液,也不能保证锂金属混合电池的绝对安全的,隐患总会存在。

2019 年后,一些公司针对电池安全问题开发出了相应的软件,通过算法对电池的安全性进行检测,由此迎来锂金属电池的第四阶段。

特斯拉等公司已在对锂离子电池的安全进行监测,并建立了数据库,但由于锂金属电池仍在研究中,目前行业中急缺锂金属电池的数据,SES 在这方面填补了空白,通过对自家电池的数据收集,包括电化学数据、压力、温度等,SES 推出了锂金属电池的安全算法,能够实现对电池安全性的评估和预警,包括电池修复、更换提示等。

SES 的混合锂金属电池负极采用的是锂金属,其中的固态保护层是从第二阶段固态锂金属研究中沿用下来的的材料,在正极中使用的高浓度电解液是从第三阶段中沿袭下来材料,最终加上第四代的 AI 安全检测环节,成就了今天 SES 的混合锂金属电池。

锂金属电池的推广难点不在于提升能量密度等问题,而在于充电等后期的配套系统上,胡启朝对 DeepTech 表示,这方面仍需不断完善。

此外,对于电池回收问题,SES 同样有关注。正极中镍、钴,锰等元素的回收技术已经发展得较为成熟,该公司目前主要致力于负极锂金属的回收研究,由于负极材料只有单一的锂金属,因此回收实际上会比混合多种元素的正极更为简单。

交出真正的锂金属电池,而不是讲故事

美国、韩国等诸多车企或在自主研发,或与电池公司合作进行锂金属电池的研发。美国政府在换届后的,对新能源汽车的态度由不信任改为了支持,锂金属商业化的时间点由此从 2030 提早到了 2025 年。德国大众、韩国现代,中国吉利、上汽、北汽,美国的通用、福特等公司都准备在 2025 年做锂金属电池。

然而,“但很多公司都在讲故事,真正拿出锂金属电池并对其性能和安全性进行测试的只有我们。” 胡启朝说道。

据悉,SES 已于今年 3 月和 5 月分别与通用汽车和现代汽车以及起亚签署了联合开发协议,为他们提供 “A-Sample” 锂金属电动汽车电池。按照此计划,人们真正坐上由锂金属电池驱动的电动汽车指日可待。

在竞争如此激烈的环境中,胡启朝认为 SES 在锂金属电池领域的的独特优势有两点:

第一,SES 是唯一一家在锂金属电池方面有独立第三方测试报告的公司。SES 现已与 Exponent、Eclipse Energy 等第三方测试机构进行了合作,对其混合锂金属电池的能量密度、续航里程、快充能力、循环使用、放电、温度等性能进行了全面的检测。

第二点是,SES 真正将锂金属电池的研发和生产推到了 A 样品阶段。该公司已于今年 3 月和 5 月分别与通用汽车和现代汽车以及起亚签署了联合开发协议,为他们提供为 “A-Sample” 锂金属电动汽车电池。

SES 与通用汽车在 15 年就展开了小规模的研发合作,今年年初与通用的工程、生产团队开展了合作,通用汽车计划在 2025 年使用锂金属电池。胡启朝表示,同样的车,使用锂离子的电动汽车充一次电能跑 300 英里,而使用锂金属电池的汽车则可以跑 500 英里。

(来源:SES)

目标:2025 年实现商业化

7 月 13 日,SES 公司宣布与特殊目的收购公司(SPAC)艾芬豪资本收购公司(Ivanhoe Capital Acquisition Corp.)达成最终的合并协议,计划在纽交所上市。

SES 称,合并后的公司股权价值预计约为 36 亿美元,交易预计将为 SES 提供高达 4.76 亿美元的资金。这些资金将为公司未来的发展和 2025 年产品商业化提供支持。

胡启朝透露,此次融资的资金将用于建立美国和中国的 1 吉瓦 / 时电池产线,未来还有望与中国汽车厂商签署电池开发协议。

SES 已与 SK、通用汽车、现代汽车、起亚公司、淡马锡、天齐锂业、Vertex Ventures、应用材料和上汽集团等展开合作。目前,他们正在波士顿附近建立一座工厂,用于生产电池原型,该工厂将于 2023 年开始与美国通用汽车公司(General Motors, GM)联合运行。

2019 年下半年,他们在上海嘉定开设了全球最大的锂金属电池制造工厂,胡启朝希望可将工厂的产量提升到每月数万块。

他表示:“中国和韩国等亚洲的传统锂离子厂商仍然专注于锂离子技术,在锂金属电池方面的投入仍然较小;美国新兴的锂金属电池技术公司拥有较强的研发实力,但是生产能力不够,这就给我们这类介于两者之间的公司提供了更大的机遇。”

迈入新能源领域:紧跟风潮的研究

胡启朝生于中国,12 岁时搬至纽约。2007 年,他从麻省理工学院物理系本科毕业,也是从这一年开始,小布什和奥巴马领导的美国政府加大了对新能源领域的科研投入。

是年,美国能源部获得联邦政府60亿美元的研究资金,其中24亿美元用于支持物理科学,并对太阳能电池、锂电池、水处理等新能源技术的研究投入很多资金。美国能源部对麻省理工学院和斯坦福大学等多所知名院校进行了资助。那一年,很多准博士生选择进入该领域进行研究。

政策的倾斜与新能源活跃的科研环境让胡启朝找到了方向。然而他本科学习的是物理专业,所以最初胡启朝选择了新能源领域中与物理有交叉的太阳能电池研究,但因与偏向学术研究的教授发展愿景不同,胡启朝最终找到了后来的教授,做起了更加偏向应用的锂电池。

2010 年到 2012 年,科研方面取得一定进展,产业与应用也在同步跟进,美国多家电池公司在这几年成立,如加州的 QuantumScape,Solid Power,胡启朝的 SES 也在这时从麻省理工学院独立出来。

2017 年,胡启朝的公司正式交付其混合锂金属电池,研究从起步到成果落实不过 10 年。他的愿景不仅是要建立一个了不起的电池公司,还期望推动新电动汽车(甚至电动飞行汽车)的发展速度。

-End-

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