在政策和市場的雙重推動下，2021年，動力電池產(chǎn)業(yè)似乎迎來了技術(shù)上的快速突破期。前有蔚來汽車發(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。此外，初創(chuàng)公司麻省固能(簡稱“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。五花八門的動力電池技術(shù)，究竟誰會成為下一代動力電池的“風口”?
鋰金屬電池美夢成真
新能源汽車行業(yè)獨立研究員曹廣平向記者介紹到，與目前普遍采用的石墨、硅碳等負極材料相比，鋰具有更大的克容量，能夠大幅提高整個電芯的能量密度。因此，以金屬鋰作為負極材料的鋰金屬電池始終是動力電池行業(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60、70年代，然而，時至今日，鋰金屬電池的應(yīng)用問題仍然困擾著整個行業(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，金屬鋰在使用過程中較容易形成鋰枝晶，鋰枝晶的出現(xiàn)可能會造成正負極短路，最終引發(fā)電池著火。而鋰枝晶折斷后會形成死鋰，使得電池容量降低，進而導(dǎo)致電池壽命縮短。寧德時代、中航鋰電等動力電池企業(yè)都在持續(xù)布局的固態(tài)電池，能夠?qū)︿囍纬善鸬礁纳谱饔茫欢虘B(tài)電解質(zhì)導(dǎo)電性問題始終未能克服。
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，將鋰金屬電池夢想變成現(xiàn)實，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、基于人工智能學習的電池安全算法和電池回收再利用等方面有所涉獵。
通過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行結(jié)合，SES開發(fā)出了混合鋰金屬電池，并在美國和中國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日和艾芬豪資本達成合并協(xié)議，預(yù)計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、電池安全等當下消費者最為關(guān)注的痛點問題呢?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，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。
通過在負極部分采用高能量密度的鋰金屬和保護層，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。
通常來說，電池能量密度越高，電池的穩(wěn)定性和安全性就會大打折扣。如何在能量密度提升的同時，保證動力電池的安全性顯得尤為重要。對于本身便比較活潑的金屬鋰而言，這一點更為關(guān)鍵。胡啟朝強調(diào)，SES從兩方面入手，力圖解決混合鋰金屬電池的安全問題。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層，從電池材料入手保證電池的安全性。其次，在整個汽車電池管理系統(tǒng)里面，融入人工智能安全算法。通過對電池采集全方位的數(shù)據(jù)，能夠提前幾個月甚至更長時間，對電池安全進行評估和預(yù)警，起到預(yù)防作用。
誰能成為未來引領(lǐng)者?
“目前看來，固態(tài)鋰金屬電池產(chǎn)業(yè)化仍然是個夢，混合鋰金屬電池是目前進展最快的鋰金屬電池技術(shù)解決方案。”胡啟朝如是說。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。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)濟研究院研究部總經(jīng)理、中國電池產(chǎn)業(yè)研究院院長吳輝表示，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)和制作上做好了準備，產(chǎn)業(yè)化還是稍顯不現(xiàn)實。“如果電池用電解液，負極材料用金屬鋰的話，就容易出現(xiàn)安全性問題;如果選擇用金屬鋰當負極材料，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題。這是寧德時代等電池供應(yīng)商一直還在研發(fā)鋰金屬電池，仍然沒有量產(chǎn)的原因”，吳輝說。
日前剛剛亮相的鈉離子電池，號稱兼具低溫性能、快充以及環(huán)境適應(yīng)性等方面的優(yōu)點，似乎在應(yīng)用上頗具優(yōu)勢。吳輝認為，鈉離子從技術(shù)上來講完全可以實現(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，與電動汽車相比，鈉離子電池在儲能電站等能量密度要求不高的領(lǐng)域更易普及。
無論是混合鋰金屬電池，還是鈉離子電池，各種動力電池技術(shù)路線的出現(xiàn)，并不代表著取代。當前動力電池行業(yè)仍處于快速發(fā)展階段，多種動力電池技術(shù)需要兼容互補，推動整個行業(yè)的進步。正如寧德時代21C創(chuàng)新實驗室數(shù)字化研發(fā)中心主任魏奕民所言：“對于產(chǎn)業(yè)而言，材料的創(chuàng)新影響深遠。從目前來看，下一代材料的確定性還不強，需要企業(yè)對多方面持續(xù)布局和關(guān)注。”
