在政策和市場(chǎng)的雙重推動(dòng)下，2021年，動(dòng)力電池產(chǎn)業(yè)似乎迎來(lái)了技術(shù)上的快速突破期。前有蔚來(lái)汽車發(fā)布的150kWh固態(tài)電池，后有廣汽埃安的石墨烯電池，剛剛亮相的鈉離子電池則成為最新焦點(diǎn)。此外，初創(chuàng)公司麻省固能(簡(jiǎn)稱“SES”)研發(fā)的混合鋰金屬電池技術(shù)，同樣受到眾多主流企業(yè)和投資者的青睞。五花八門的動(dòng)力電池技術(shù)，究竟誰(shuí)會(huì)成為下一代動(dòng)力電池的“風(fēng)口”?
鋰金屬電池美夢(mèng)成真
新能源汽車行業(yè)獨(dú)立研究員曹廣平向記者介紹到，與目前普遍采用的石墨、硅碳等負(fù)極材料相比，鋰具有更大的克容量，能夠大幅提高整個(gè)電芯的能量密度。因此，以金屬鋰作為負(fù)極材料的鋰金屬電池始終是動(dòng)力電池行業(yè)的重要研發(fā)方向。關(guān)于鋰金屬電池的研究最早可追溯至上世紀(jì)60、70年代，然而，時(shí)至今日，鋰金屬電池的應(yīng)用問(wèn)題仍然困擾著整個(gè)行業(yè)。
曹廣平表示，金屬鋰在穩(wěn)定性和可控性上表現(xiàn)較差，易與空氣中的氧和水分等發(fā)生反應(yīng)，這給鋰金屬電池的應(yīng)用造成了諸多困難。此外，金屬鋰在使用過(guò)程中較容易形成鋰枝晶，鋰枝晶的出現(xiàn)可能會(huì)造成正負(fù)極短路，最終引發(fā)電池著火。而鋰枝晶折斷后會(huì)形成死鋰，使得電池容量降低，進(jìn)而導(dǎo)致電池壽命縮短。寧德時(shí)代、中航鋰電等動(dòng)力電池企業(yè)都在持續(xù)布局的固態(tài)電池，能夠?qū)︿囍纬善鸬礁纳谱饔?，然而固態(tài)電解質(zhì)導(dǎo)電性問(wèn)題始終未能克服。
以固態(tài)鋰金屬電池研發(fā)入局的SES，則選擇另辟蹊徑，以混合鋰金屬電池這一全新的技術(shù)概念，將鋰金屬電池夢(mèng)想變成現(xiàn)實(shí)，并得到多方支持。據(jù)了解，SES成立于2021年，主要從事可充電混合鋰金屬電池的開發(fā)和制造，并在材料、電芯、模塊、基于人工智能學(xué)習(xí)的電池安全算法和電池回收再利用等方面有所涉獵。
通過(guò)將成熟高效的鋰離子電池生產(chǎn)工藝和鋰金屬電池的高能量密度進(jìn)行結(jié)合，SES開發(fā)出了混合鋰金屬電池，并在美國(guó)和中國(guó)兩地均建有電池生產(chǎn)工廠，在波士頓、上海和首爾等地開展業(yè)務(wù)。此外，SES已于7月13日和艾芬豪資本達(dá)成合并協(xié)議，預(yù)計(jì)在今年第三或第四季度上市。通用汽車、現(xiàn)代汽車均與SES達(dá)成車輛“A-Sample”聯(lián)合開發(fā)協(xié)議。
SES創(chuàng)始人兼首席執(zhí)行官胡啟朝表示，合并后的SES將成為全球第一家擁有高能量密度的鋰金屬技術(shù)、具有顯著成本效益和大規(guī)模生產(chǎn)能力的混合鋰金屬電池上市公司。按照規(guī)劃，SES將于2023年開始建設(shè)10GWh產(chǎn)能，做B和C樣品產(chǎn)線，預(yù)計(jì)2025年上車，2026年、2027年有望建成30GWh、70GWh甚至更大的產(chǎn)能。
混合鋰金屬電池能解決痛點(diǎn)嗎?
全新的混合鋰金屬電池究竟能否解決續(xù)航里程、電池安全等當(dāng)下消費(fèi)者最為關(guān)注的痛點(diǎn)問(wèn)題呢?胡啟朝表示，混合鋰金屬電池結(jié)合了鋰離子電池和全固態(tài)鋰金屬電池的優(yōu)點(diǎn)，具備高密度、低成本、輕重量、高安全性、快速充電和智能化等六大優(yōu)勢(shì)。
通過(guò)在負(fù)極部分采用高能量密度的鋰金屬和保護(hù)層，并采用高濃度鋰鹽電解質(zhì)作為電解液，再利用人工智能安全算法進(jìn)行安全模擬和預(yù)警，SES的混合鋰金屬電池比理論上的全固態(tài)鋰金屬電池具有更出色的性能和制造效率。
據(jù)介紹，在滿足電池壽命與安全要求的前提之下，混合鋰金屬電池能夠提供400Wh/kg的能量密度，在15分鐘內(nèi)即可快速充電達(dá)80%。此外，混合鋰金屬電池的電池容量同樣優(yōu)秀，是傳統(tǒng)鋰離子電池的兩倍。
通常來(lái)說(shuō)，電池能量密度越高，電池的穩(wěn)定性和安全性就會(huì)大打折扣。如何在能量密度提升的同時(shí)，保證動(dòng)力電池的安全性顯得尤為重要。對(duì)于本身便比較活潑的金屬鋰而言，這一點(diǎn)更為關(guān)鍵。胡啟朝強(qiáng)調(diào)，SES從兩方面入手，力圖解決混合鋰金屬電池的安全問(wèn)題。首先，SES采用了自行研發(fā)的高濃度電解液并加上鋰金屬保護(hù)層，從電池材料入手保證電池的安全性。其次，在整個(gè)汽車電池管理系統(tǒng)里面，融入人工智能安全算法。通過(guò)對(duì)電池采集全方位的數(shù)據(jù)，能夠提前幾個(gè)月甚至更長(zhǎng)時(shí)間，對(duì)電池安全進(jìn)行評(píng)估和預(yù)警，起到預(yù)防作用。
誰(shuí)能成為未來(lái)引領(lǐng)者?
“目前看來(lái)，固態(tài)鋰金屬電池產(chǎn)業(yè)化仍然是個(gè)夢(mèng)，混合鋰金屬電池是目前進(jìn)展最快的鋰金屬電池技術(shù)解決方案。”胡啟朝如是說(shuō)。他介紹到，鋰是目前自然界最輕的金屬，鋰電池的體積和重量都比其他電池更具優(yōu)勢(shì)。此外，鋰金屬電池的能量密度和續(xù)航里程也是最高的。因此，無(wú)論是走純固態(tài)、混合還是液態(tài)路線，電池的終端應(yīng)該是鋰金屬電池。
然而，億維經(jīng)濟(jì)研究院研究部總經(jīng)理、中國(guó)電池產(chǎn)業(yè)研究院院長(zhǎng)吳輝表示，由于鋰金屬本身的特質(zhì)，目前在鋰金屬電池上的技術(shù)難題仍未解決，即便在生產(chǎn)和制作上做好了準(zhǔn)備，產(chǎn)業(yè)化還是稍顯不現(xiàn)實(shí)。“如果電池用電解液，負(fù)極材料用金屬鋰的話，就容易出現(xiàn)安全性問(wèn)題;如果選擇用金屬鋰當(dāng)負(fù)極材料，就必須用固態(tài)電解質(zhì)，然而目前固態(tài)電解質(zhì)導(dǎo)電性等方面還存在很多問(wèn)題。這是寧德時(shí)代等電池供應(yīng)商一直還在研發(fā)鋰金屬電池，仍然沒(méi)有量產(chǎn)的原因”，吳輝說(shuō)。
日前剛剛亮相的鈉離子電池，號(hào)稱兼具低溫性能、快充以及環(huán)境適應(yīng)性等方面的優(yōu)點(diǎn)，似乎在應(yīng)用上頗具優(yōu)勢(shì)。吳輝認(rèn)為，鈉離子從技術(shù)上來(lái)講完全可以實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化，成本也很低。但是，由于鈉離子比鋰離子體積更大，鈉離子的能量密度較低，與電動(dòng)汽車相比，鈉離子電池在儲(chǔ)能電站等能量密度要求不高的領(lǐng)域更易普及。
無(wú)論是混合鋰金屬電池，還是鈉離子電池，各種動(dòng)力電池技術(shù)路線的出現(xiàn)，并不代表著取代。當(dāng)前動(dòng)力電池行業(yè)仍處于快速發(fā)展階段，多種動(dòng)力電池技術(shù)需要兼容互補(bǔ)，推動(dòng)整個(gè)行業(yè)的進(jìn)步。正如寧德時(shí)代21C創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)室數(shù)字化研發(fā)中心主任魏奕民所言：“對(duì)于產(chǎn)業(yè)而言，材料的創(chuàng)新影響深遠(yuǎn)。從目前來(lái)看，下一代材料的確定性還不強(qiáng)，需要企業(yè)對(duì)多方面持續(xù)布局和關(guān)注。”
