全球下一代動(dòng)力電池技術(shù)的研發(fā)和商業(yè)化應(yīng)用，又往前邁進(jìn)一大步。

2023年12月13日，全球領(lǐng)先的高性能鋰金屬電池開發(fā)商SES AI Corporation（NYSE: SES，以下簡稱SES）在第三屆Battery World上宣布，與一家車企正式簽署鋰金屬電池B樣品協(xié)議。

該協(xié)議也是在鋰金屬電池領(lǐng)域，全球首次進(jìn)入B樣品階段，是鋰金屬電池在商業(yè)化進(jìn)程中的一個(gè)重要里程碑，對于未來交通的電動(dòng)化轉(zhuǎn)型具有重要意義。

通常認(rèn)為，要想將現(xiàn)有的動(dòng)力電池能量密度提升一個(gè)量級，電池負(fù)極使用金屬鋰是必然選擇。鋰金屬作為負(fù)極，理論容量3860mAh/g，約為石墨的10倍，與現(xiàn)有鋰離子電池正極體系搭配，電池能量密度可輕松達(dá)到400Wh/kg以上。

SES方面對澎湃新聞?dòng)浾弑硎荆诤炇饏f(xié)議后，通常在1—2年內(nèi)完成電池B樣品送樣。

去年3月，SES與通用汽車簽訂全球首個(gè)車用鋰金屬電池A樣品的合作協(xié)議，5月，又與現(xiàn)代汽車簽署了全球第二個(gè)A樣品合作協(xié)議。

“相較于側(cè)重于證明電池材料體系的A樣品階段，B樣品更關(guān)注于電池電芯設(shè)計(jì)。而在B樣品后，還有C樣、D樣，最后電池實(shí)現(xiàn)量產(chǎn)裝車?！盨ES方面對澎湃新聞?dòng)浾呓榻B說。

在今年的活動(dòng)中，SES照例公布了最新的數(shù)據(jù)報(bào)告。報(bào)告聚焦100Ah鋰金屬電芯測試數(shù)據(jù)，顯示了電芯在從4Ah到50Ah再到100Ah的放大過程中，能量密度和性能保持了較好的一致性，尤其在低溫和高功率條件下?lián)碛谐錾阅堋?/p>

其中105.8Ah的電芯在低功率（C/10）、室溫25攝氏度的條件下，質(zhì)量能量密度能夠達(dá)到399Wh/kg，體積能量密度能夠做到862Wh/L，電池循環(huán)次數(shù)仍然在測試中。

安全方面，100Ah鋰金屬電芯通過了第三方測試機(jī)構(gòu)的過充、針刺、外短路和熱穩(wěn)定測試，并獲得UN38.3認(rèn)證，標(biāo)志著SES在高能量密度電芯的安全方面更進(jìn)一步。

電池過充安全測試

電池外短路安全測試

“安全是質(zhì)量的首要條件。隨著我們生產(chǎn)的大容量電芯越來越多，我們也在執(zhí)行越來越嚴(yán)格的生產(chǎn)質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)，以確保鋰金屬電池的安全。通過收集電池全生命周期的數(shù)據(jù)，我們訓(xùn)練人工智能安全軟件 Avatar，使其對大容量鋰金屬電池健康狀況的預(yù)測準(zhǔn)確率已經(jīng)從去年的 60% 提高到今年的 92%?！?SES創(chuàng)始人兼CEO胡啟朝表示。

據(jù)介紹，SES成立于2012年，是一家綜合性的鋰金屬電池制造商，在材料、電芯、模組、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方面擁有強(qiáng)大實(shí)力。SES的前身為 SolidEnergy Systems，總部位于波士頓，在上海嘉定和首爾各有一處工程制造中心。

2021年，SES發(fā)布了Apollo大型鋰金屬電芯，容量為107Ah，能量密度為 417Wh/kg，成為當(dāng)時(shí)全球容量最大的鋰金屬電池電芯。目前SES吸引了包括通用、現(xiàn)代、吉利、上汽等國內(nèi)外車企的戰(zhàn)略投資。

鋰金屬電池的商業(yè)化難點(diǎn)

據(jù)介紹，在初成立時(shí)，SES本計(jì)劃是研發(fā)生產(chǎn)全固態(tài)鋰金屬電池，但全固態(tài)鋰金屬電池商業(yè)化實(shí)現(xiàn)有不小的難度。據(jù)胡啟朝介紹，目前SES采用的高濃度電解液選用了特殊材料，包括特殊的鹽、溶劑，是流動(dòng)態(tài)的，專門為鋰金屬負(fù)極設(shè)計(jì)。

不過，現(xiàn)代汽車先進(jìn)電池開發(fā)部全球研發(fā)專家Yongjun Jang此前卻表示，“不同的電解質(zhì)是決定高能量密度電池能否擁有長壽命的重要因素。與小容量電池相比，電解質(zhì)對大容量電池更為敏感和重要。只有解決了這個(gè)問題，新電池才有可能商業(yè)化。”Yongjun Jang說。

在Yongjun Jang看來，使用液態(tài)電解質(zhì)的鋰金屬電池，必須通過穩(wěn)定的氧化還原反應(yīng)，阻止電解液和界面處的鋰金屬負(fù)極損耗過快。對于全固態(tài)鋰金屬電池而言，要保持固態(tài)電解質(zhì)和鋰金屬連續(xù)而又緊密的接觸，并防止因形成鋰枝晶而造成電池短路。

在2023年世界動(dòng)力電池大會(huì)上，寧德時(shí)代首席科學(xué)家吳凱也表示，相對于液態(tài)電解質(zhì)，固態(tài)電解質(zhì)更適合與金屬鋰結(jié)合。

不論如何，目前來看，鋰金屬電池可視作下一代動(dòng)力電池的重要分支。據(jù)了解，除了SES，目前全球布局鋰金屬電池路線的企業(yè)還有寧德時(shí)代、LG新能源等。

其中，寧德時(shí)代已經(jīng)基于界面力學(xué)增強(qiáng)技術(shù)和雙向?qū)ňW(wǎng)絡(luò)技術(shù)構(gòu)建了長壽命全固態(tài)鋰金屬電池。其中，通過界面力學(xué)增強(qiáng)技術(shù)抑制了鋰金屬枝晶，使得鋰金屬臨界電流密度領(lǐng)先業(yè)內(nèi)；雙向?qū)ňW(wǎng)絡(luò)技術(shù)提升了固固界面穩(wěn)定性，全固態(tài)電池3C倍率循環(huán)能夠達(dá)到6000次。

而韓國LG新能源也一直在開發(fā)高體積能量密度的鋰金屬電池。電池體積密度能夠達(dá)到約1000Wh/L，采用薄鋰金屬負(fù)極。此前LG新能源副總裁孫權(quán)男介紹，“為了提高耐久性和循環(huán)壽命，我們一直在通過開發(fā)穩(wěn)定的電解質(zhì)、保護(hù)層和先進(jìn)的材料來提高鋰金屬負(fù)極的可逆性。這種鋰金屬電池將適用于高續(xù)航里程的電動(dòng)車和機(jī)器人，它們需要在有限的體積內(nèi)獲得更高的能量。”

加速鋰金屬電池商業(yè)化，城市空中交通也是發(fā)力點(diǎn)

作為一家初創(chuàng)電池企業(yè)，為了推動(dòng)鋰金屬電池更快地商業(yè)化，SES也將目光投向了電池材料和人工智能，并將產(chǎn)品的應(yīng)用場景拓展到了航空領(lǐng)域。

在SES看來，用于材料研發(fā)的深度學(xué)習(xí)在基礎(chǔ)研究領(lǐng)域正在發(fā)揮越來越重要的作用。為了加快新材料的發(fā)現(xiàn)，SES正在搭建基于機(jī)器的深度學(xué)習(xí)平臺(tái)，使用圖形神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型分析化學(xué)結(jié)構(gòu)，從而發(fā)現(xiàn)適合鋰金屬化學(xué)體系的新結(jié)構(gòu)。而公司正在波士頓總部修建的全新的電解液研發(fā)中心今后將成為合成和測試新電解液溶劑分子的重要基地。

商業(yè)化應(yīng)用方面，SES將繼續(xù)推進(jìn)與車企的合作，并在軟包電池外，為后者提供方殼電池的選擇，滿足其對電芯的多元化需求。此外，SES還將回歸城市空中交通（Urban Air Mobility）領(lǐng)域，助力UAM市場的快速發(fā)展。

值得一提的是，就在今年10月國家工信部等四部門聯(lián)合發(fā)布的我國工業(yè)和信息化部等四部門印發(fā)《綠色航空制造業(yè)發(fā)展綱要（2023-2035年）》中，提出要突破高能量密度鋰電池等關(guān)鍵技術(shù)。滿足電動(dòng)航空器使用需求和適航要求的400Wh/kg級航空鋰電池產(chǎn)品投入量產(chǎn)，500Wh/kg級產(chǎn)品小規(guī)模驗(yàn)證。

據(jù)SES方面此前介紹，公司的鋰金屬電池也正在使用國內(nèi)eVTOL主機(jī)廠峰飛航空的產(chǎn)品進(jìn)行測試，而SES在上海的部分電池產(chǎn)線也計(jì)劃專門用于eVTOL電池的生產(chǎn)。

在胡啟朝看來，“鋰金屬化學(xué)體系在目前電池的材料體系中擁有最高的質(zhì)量能量密度，對于空中的應(yīng)用場景非常適合。在C/3充電和飛行的放電條件下，鋰金屬電池的循環(huán)壽命已經(jīng)可以達(dá)到1500圈?！?/p>

“30年前，索尼推出第一款商用鋰離子電池，改變了消費(fèi)電子品行業(yè)。我們希望鋰金屬電池的商業(yè)化會(huì)徹底改變城市空中交通的發(fā)展?！焙鷨⒊f。