作者|Juice

編輯|曉寒

動力鋰離子電池最終的形態將會是什么？

有關這個問題，很多動力鋰離子電池公司都無法給出標準的答案，市場上有各種各樣的嘗試，例如無鈷電池、鈉離子電池、固態電池、石墨烯電池都在不斷涌現。

但這作為一道開放式的試題，其最終答案也不應該只有上面這幾種，很多動力鋰離子電池初創公司正在書寫自己的答案，麻省固能（以下簡稱為SES）也給出了自己的答案——混合鋰金屬電池。

與現在通用的鋰離子電池相比，混合鋰金屬電池最大的差別在負極材料上，搭載了混合鋰金屬電池的車輛續航可以提升60%以上，充電速度也有了大幅的提升，可以在12分鐘內充電至80%，在成本方面，混合鋰金屬電池的綜合生產成本也可以降低18%。

更重要的是，生產混合鋰金屬電池不要從頭新建供應鏈，完全可以采用現在的產業鏈體系。也就是說，混合鋰金屬電池僅僅通過負極材料的更改就能全面提升鋰離子電池的性能。

一旦成功量產，混合鋰金屬電池或許會攪動現在的動力鋰離子電池行業。

正因為如此，SES也已經獲得了多個車企和電池公司的重視，投資者的名單中不乏通用、現代、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公司達成最終合并協議，將通過SPAC形式在今年十一月中旬左右在紐約證券交易所掛牌上市。這樣一來，SES將會成為全球少有的幾家動力鋰離子電池上市公司，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什么優勢，能讓通用、現代、SK等大公司青睞？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的創始人兼CEO胡啟朝進行了一場電話采訪，找出了問題的答案。

本文福利：新能源汽車發展提速，動力鋰離子電池產業最受益。分享報告《車載動力鋰離子電池FPC進入爆發期》，公眾號對話框回復【車東西0262】下載。

01.

麻省高材生帶隊創業探索全新電池路徑

胡啟朝早年在麻省理工大學求學，并于2007年獲得物理學學士學位，此后前往哈佛大學攻讀應用物理學博士，并在2012年正式獲得博士學位。

也是在2012年，胡啟朝正式創辦了SES，他回憶說現在美國上市的三家動力鋰離子電池公司幾乎都是在2011年、2012年左右成立的，這跟當時的熱潮分不開。2008年，美國能源部開始給一些新的能源技術投資，動力鋰離子電池、太陽能電池、燃料動力鋰電池等新型能源的公司都受到了投資。

“當時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的研究，所以畢業以后就很自然地創業了。”他向車東西說道。

像任何一家初創公司相同，SES也經歷了自己的難題。

2012年，總部位于美國馬薩諸塞州的鋰離子電池制造商A123公司正式宣告破產，作為一家成立了12年的新能源電池標桿公司，它的落幕令整個業界為之一震，也導致資本市場對動力鋰離子電池失去信心。對SES來說，最直接的影響就是融資變得困難了。幾位聯合創始人陸續離開，胡啟朝堅持了下來。

而在創業之初，SES的研發方向也并不是現在的混合鋰金屬電池，而是固態鋰金屬電池?！爱敃r固態電池非?；?，大家都在做這方面的嘗試，我的導師在1996年就開始做這方面的研究，我自己也在2007年開始投入這個領域?！?/p>

但一直到2015年，他發現固態電池還存在許多基礎化學的問題難以解決?！?996年我導師開始做固態鋰金屬電池的時候，大家說還要8年才能成功。2007年我開始做的時候，行業也說還要8年才能成功。直到現在，還是普遍認為至少再要8年。全固態的鋰金屬電池就是一個夢?！?/p>

意識到這一問題，SES就迅速改變了路線，轉向了混合鋰金屬電池。

混合鋰金屬電池更容易量產，這種電池的能量密度和充電性能相比于現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%。

一旦產品研發成功，可以通過現有的供應鏈體系實現大規模量產，對當前的動力鋰離子電池格局具有不小的沖擊力。

目前，SES已經獲得了通用和現代兩大國際主流車廠的A樣品聯合開發協議，預計將會在2025年實現量產裝車。

▲SES混合鋰金屬電池樣品

在重新調整了研究方向后，SES也迎來了快速發展，目前已經完成5輪融資，投資商包括通用汽車、現代、SK、淡馬錫、上汽、天齊鋰業等，累計融資近2.7億美元（約合人民幣17.44億元）。

在完成SPAC之后還將會獲得4.76億美元（約合人民幣30.75億元），到十一月份，SES將會累積獲得7億美元（約合人民幣45.22億元）左右的資金，吉利、LG等其他的一些戰略投資商也將會參與進來。

據介紹，目前SES在全球有一支約110人的團隊，研發人員的比例高達90%。公司總部設在新加坡，在上海、首爾和波士頓開展業務。

02.

產品優于傳統鋰離子電池適配現行產業鏈

與現在比較流行的鋰離子電池不同，SES選擇了開發難度更大的混合鋰金屬電池。

“其實上世紀最早的鋰離子電池就是鋰金屬電池，這重要是因為鋰是整個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勢，但當時的電解液是液態的，非常不安全，于是鋰離子慢慢取代了鋰金屬電池?！焙鷨⒊f。

從技術上來看，鋰離子電池和鋰金屬電池的正極材料完全相同，最大差別就在于電池的負極。鋰離子電池的負極重要是石墨和硅，而鋰金屬電池的負極則為鋰金屬。

在上世紀九十年代初期，鋰金屬電池存在一定的危險很難解決，后來做固態電池路線的研發人員開始想辦法解決鋰金屬的問題，將鋰金屬壓的很密，但這也導致了很多問題的誕生，性能和安全上的問題都沒有完全解決。

而到2014年、2015年之后，鋰金屬電池的電解液又回到了液態，但這是全新的電解液，安全性非常高，鋰金屬電池就變得非?？捎煤蛯嶋H。

▲SES混合鋰金屬電池樣品

簡單來看，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，只是負極材料由石墨和硅轉變成了純鋰金屬。

不過，負極材料的研發也是鋰金屬電池的難點，所以這也是SES的重要研發方向。胡啟朝說把鋰金屬做薄重要有三種工藝，一種是滾壓的方式，把鋰金屬滾壓成很薄的狀態；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境下蒸發，再鍍到載體上。

SES采用的路徑是滾壓，首先購買高純度的鋰金屬，然后滾壓成比較厚的鋰箔，然后再從100微米逐步往60微米甚至20微米壓，最后達到所要的厚度。胡啟朝并沒有明說SES可以將鋰箔做到什么厚度，只是透露了將會在30微米以下。

與現行的鋰離子電池相比，鋰金屬電池的優點也是顯而易見的。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到400Wh/kg。

他還舉例，今年一月通用汽車推出的純電悍馬，采用鋰離子電池的續航里程可達到300英里（約合483公里），而替換成鋰金屬電池后，續航里程可以達到500英里（約合805公里），提升超過60%。

▲SES波士頓研發中心內部

在充電方面，目前鋰離子電池一般要30分鐘充滿80%的電量，而經第三方的測試機構驗證，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，電池的成本也會明顯降低。胡啟朝表示，常規鋰離子電池的負極材料要漿料、涂布、滾壓、干燥等程序，每一個環節都要大量的設備投入。而鋰金屬電池就比較簡單了，直接將鋰滾壓成鋰箔，整個過程在干燥的環境中進行，沒有溶劑，所以設備和環境的要求都會更簡單一些。

綜合下來，鋰金屬電池的成本將會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相同，所以基本上可以采用現在電池公司所采取的措施，從電芯、模組等方面做散熱。而在冬季低溫續航方面，鋰金屬電池也可以采用現在的一些方式來解決，如正極材料做混合、電解液里加入添加劑等方式。

材料外，軟件有關持續監測電池健康和安全也至關重要。SES通過開發先進的人工智能算法來診斷與電池單元相關的健康問題，以及開發先進的控制算法和充電方法來提高電池的循環壽命和安全性，并將此類軟件移植到可以集成到電池組的電池管理系統（BatteryManagementSystems,簡稱“BMS”）上，從而從軟件方面進一步提高電池的安全性。

03.

與通用、現代達成合作逐步開啟量產之路

值得注意的是，SES的混合鋰金屬電池并非完全停留在實驗室階段，已經開始和部分車企進行產品驗證了。

一般車企在動力鋰離子電池的研發方面要經過工程樣品、A樣品、B樣品和C樣品的10年漫長周期。在順利完成工程樣品后，SES已于今年三月宣布與通用汽車達成聯合開發協議，在波士頓為后者開發A樣品電池；五月，SES又和現代汽車與起亞簽署聯合開發協議，為現代的電動汽車開發A樣品電池。

根據目前的規劃，明年將進行A樣品的優化，2023年和2024年分別研發出B樣品和C樣品，2025年實現裝車上路。

在SES的全球布局中，位于上海嘉定的生產和研發中心將會承擔重要用途。未來的產品研發、工藝開發、產業鏈、軟件、電池模組開發都會集中于此。2023年，這一中心的產量預計將達到1GWh，有關鋰離子電池來說并不算大，但有關鋰金屬電池來說，這將會是全球最大的生產中心。為了控制產品質量和降低成本，未來SES還會自己生產電芯、材料、模組，甚至電池管理系統、電池安全軟件等。

▲SES上海廠外景

上海生產和研發中心的產量還會進一步擴大，胡啟朝表示，下一步是10GWh產量，再之后是30GWh和70GWh。10GWh和30GWh的廠應該會和車企以合資的方式來建設，而70GWh的廠會等訂單和產品都穩定之后由SES自己來建設?！?/p>

不過他也強調了，這只是目前的規劃，但整個動力鋰離子電池市場的需求變化也會比較大，后續的建廠規模和建廠節奏也將會根據需求來落實。

04.

結語：動力鋰離子電池行業仍需技術變革

汽車行業電動化轉型的趨勢已經非常明顯了，上個月上海的新能源汽車滲透率已經超過了30%，整個大勢已經不可逆轉。

動力鋰離子電池作為電動汽車的核心零部件仍然是重中之重，但現在所采用的動力鋰離子電池如三元鋰離子電池和磷酸鐵鋰離子電池都存在著一定的短板，車企和電池公司也在積極尋找新的產品來彌補這些不足。

SES的混合鋰金屬電池就是這些嘗試之一，從電池的負極材料上直接入手，用鋰金屬替代傳統的石墨和硅，從能量密度、充電速度和成本方面都做了提升，目前也已經受到了多個電池公司和車企的青睞，其產品已經開始在驗證裝車了。

但有關整個動力鋰離子電池行業來說，變革還在進行中。