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        沈陽蓄電池研究所主辦

        業務范圍:科研成果轉讓、技術難題的攻關、現場指導、新工藝的采用和推廣,蓄電池產品生產許可證企業生產條件審查的咨詢等。

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        混合鋰金屬電池量產倒計時,或掀下一次電池革命

        作者: 沈陽蓄電池研究所新聞中心 來源:DeepTech深科技

        “2025 年后,電動汽車電池將會從鋰離子轉向鋰金屬電池,這一點毋庸置疑?!?鋰金屬電池制造公司 SES 創始人胡啟朝對 DeepTech 說道。

        2019 年,他因研發混合鋰金屬電池而被評選為《麻省理工科技評論》2019 年度全球 “35 歲以下科技創新 35 人”。

        圖|混合鋰金屬電池(來源:SES)

        胡啟朝創辦的 SES 于 2012 年從麻省理工學院(MIT)獨立出來正式成立,總部位于新加坡,致力于開發和制造用于汽車和運輸應用的高性能鋰金屬電池,目前在美國和中國兩地經營電池原型生產廠,并在(美國)波士頓、(中國)上海和(韓國)首爾都有開展業務。

        另辟蹊徑:打造鋰金屬 “混合” 電池

        這種鋰金屬混合電池在負極部分采用了高能量密度的鋰金屬和保護層,電解液是具有專利的高濃度鋰鹽電解質,并采用了人工智能(AI)安全算法來進行安全模擬和預警,使其電池比理論上的全固態鋰金屬電池具有更出色的的性能和制造效率。

        在滿足電池壽命和安全要求的前提下,SES 的鋰金屬混合電池能提供 400 Wh/kg 的能量密度,15 分鐘內可快充達 80%。電池容量是傳統鋰離子電池的兩倍,同樣產能和使用同樣正極材料的情況下,成本能降低 20%,材料本身也會更安全。

        這些混合鋰金屬電池在可以廣泛應用到電動汽車、無人機,甚至在航空和國防領域也可進行部署。

        高能量密度和高安全的電池對于車企來說,最核心的吸引力便是低成本,胡啟朝認為這正是他的鋰金屬混合電池能夠同時滿足的。

        (來源:SES)

        在接受 DeepTech 采訪時,他回憶了整個鋰電池的發展過程,胡啟朝認為,自上個世紀 70 年代首個鋰電池問世一來,鋰電在這短短的四五十年間經歷了大約四個階段:

        第一階段是 1996 年以前的液態鋰金屬電池,因安全性極低,所以沒有被推廣,并逐漸被后來的鋰離子電池所替代。

        第二階段是對純固態的鋰金屬電池的研究,純固態盡管解決了枝晶的問題(早期鋰金屬電池原型在充電時會形成針狀結構即枝晶,這會造成電池短路,導致電池起火或爆炸),一定程度上提供了安全性,但同樣存在低溫、室溫情況下的性能較差,能量密度低、材質厚重等缺陷。

        第三階段,在 2015 年后,開發出一種高濃度電解液,這種電解液是液態的,但卻擁有者匹敵固態電解液的導電性,可以將其理解為低熔點的固態電解液, 因此它兼具固態電解液的安全性,同時又是液態的電解液。

        “我們認為全固態鋰金屬電池的技術路徑可能永遠都難以實現,混合鋰金屬電池通過混合氧化物固態電解質加高濃度電解液,是目前進展最快的鋰金屬電池技術解決方案?!?胡啟朝表示。

        圖 | 鋰金屬混合電池(來源:SES)

        同時他承認,即使使用了高濃度電解液,也不能保證鋰金屬混合電池的絕對安全的,隱患總會存在。

        2019 年后,一些公司針對電池安全問題開發出了相應的軟件,通過算法對電池的安全性進行檢測,由此迎來鋰金屬電池的第四階段。

        特斯拉等公司已在對鋰離子電池的安全進行監測,并建立了數據庫,但由于鋰金屬電池仍在研究中,目前行業中急缺鋰金屬電池的數據,SES 在這方面填補了空白,通過對自家電池的數據收集,包括電化學數據、壓力、溫度等,SES 推出了鋰金屬電池的安全算法,能夠實現對電池安全性的評估和預警,包括電池修復、更換提示等。

        SES 的混合鋰金屬電池負極采用的是鋰金屬,其中的固態保護層是從第二階段固態鋰金屬研究中沿用下來的的材料,在正極中使用的高濃度電解液是從第三階段中沿襲下來材料,最終加上第四代的 AI 安全檢測環節,成就了今天 SES 的混合鋰金屬電池。

        鋰金屬電池的推廣難點不在于提升能量密度等問題,而在于充電等后期的配套系統上,胡啟朝對 DeepTech 表示,這方面仍需不斷完善。

        此外,對于電池回收問題,SES 同樣有關注。正極中鎳、鈷,錳等元素的回收技術已經發展得較為成熟,該公司目前主要致力于負極鋰金屬的回收研究,由于負極材料只有單一的鋰金屬,因此回收實際上會比混合多種元素的正極更為簡單。

        交出真正的鋰金屬電池,而不是講故事

        美國、韓國等諸多車企或在自主研發,或與電池公司合作進行鋰金屬電池的研發。美國政府在換屆后的,對新能源汽車的態度由不信任改為了支持,鋰金屬商業化的時間點由此從 2030 提早到了 2025 年。德國大眾、韓國現代,中國吉利、上汽、北汽,美國的通用、福特等公司都準備在 2025 年做鋰金屬電池。

        然而,“但很多公司都在講故事,真正拿出鋰金屬電池并對其性能和安全性進行測試的只有我們?!?胡啟朝說道。

        據悉,SES 已于今年 3 月和 5 月分別與通用汽車和現代汽車以及起亞簽署了聯合開發協議,為他們提供 “A-Sample” 鋰金屬電動汽車電池。按照此計劃,人們真正坐上由鋰金屬電池驅動的電動汽車指日可待。

        在競爭如此激烈的環境中,胡啟朝認為 SES 在鋰金屬電池領域的的獨特優勢有兩點:

        第一,SES 是唯一一家在鋰金屬電池方面有獨立第三方測試報告的公司。SES 現已與 Exponent、Eclipse Energy 等第三方測試機構進行了合作,對其混合鋰金屬電池的能量密度、續航里程、快充能力、循環使用、放電、溫度等性能進行了全面的檢測。

        第二點是,SES 真正將鋰金屬電池的研發和生產推到了 A 樣品階段。該公司已于今年 3 月和 5 月分別與通用汽車和現代汽車以及起亞簽署了聯合開發協議,為他們提供為 “A-Sample” 鋰金屬電動汽車電池。

        SES 與通用汽車在 15 年就展開了小規模的研發合作,今年年初與通用的工程、生產團隊開展了合作,通用汽車計劃在 2025 年使用鋰金屬電池。胡啟朝表示,同樣的車,使用鋰離子的電動汽車充一次電能跑 300 英里,而使用鋰金屬電池的汽車則可以跑 500 英里。

        7 月 13 日,SES 公司宣布與特殊目的收購公司(SPAC)艾芬豪資本收購公司(Ivanhoe Capital Acquisition Corp.)達成最終的合并協議,計劃在紐交所上市。

        SES 稱,合并后的公司股權價值預計約為 36 億美元,交易預計將為 SES 提供高達 4.76 億美元的資金。這些資金將為公司未來的發展和 2025 年產品商業化提供支持。

        胡啟朝透露,此次融資的資金將用于建立美國和中國的 1 吉瓦 / 時電池產線,未來還有望與中國汽車廠商簽署電池開發協議。

        SES 已與 SK、通用汽車、現代汽車、起亞公司、淡馬錫、天齊鋰業、Vertex Ventures、應用材料和上汽集團等展開合作。目前,他們正在波士頓附近建立一座工廠,用于生產電池原型,該工廠將于 2023 年開始與美國通用汽車公司(General Motors, GM)聯合運行。

        2019 年下半年,他們在上海嘉定開設了全球最大的鋰金屬電池制造工廠,胡啟朝希望可將工廠的產量提升到每月數萬塊。

        他表示:“中國和韓國等亞洲的傳統鋰離子廠商仍然專注于鋰離子技術,在鋰金屬電池方面的投入仍然較??;美國新興的鋰金屬電池技術公司擁有較強的研發實力,但是生產能力不夠,這就給我們這類介于兩者之間的公司提供了更大的機遇?!?/p>

        邁入新能源領域:緊跟風潮的研究

        胡啟朝生于中國,12 歲時搬至紐約。2007 年,他從麻省理工學院物理系本科畢業,也是這一年開始,小布什和奧巴馬領導的美國政府加大了對新能源領域的科研投入。

        是年,美國能源部獲得聯邦政府60億美元的研究資金,其中24億美元用于支持物理科學,并對太陽能電池、鋰電池、水處理等新能源技術的研究投入很多資金。美國能源部對麻省理工學院和斯坦福大學等多所知名院校進行了資助。那一年,很多準博士生選擇進入該領域進行研究。

        政策的傾斜與新能源活躍的科研環境讓胡啟朝找到了方向。然而他本科學習的是物理專業,所以最初胡啟朝選擇了新能源領域中與物理有交叉的太陽能電池研究,但因與偏向學術研究的教授發展愿景不同,胡啟朝最終找到了后來的教授,做起了更加偏向應用的鋰電池。

        2010 年到 2012 年,科研方面取得一定進展,產業與應用也在同步跟進,美國多家電池公司在這幾年成立,如加州的 QuantumScape,Solid Power,胡啟朝的 SES 也在這時從麻省理工學院獨立出來。

        2017 年,胡啟朝的公司正式交付其混合鋰金屬電池,研究從起步到成果落實不過 10 年。他的愿景不僅是要建立一個了不起的電池公司,還期望推動新電動汽車(甚至電動飛行汽車)的發展速度。


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