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SES“探路”鋰金屬電池商業(yè)化

發(fā)表時(shí)間:2021-08-07 次數(shù):627 作者:趙沖 高工鋰電


摘要

SES創(chuàng)始人兼首席執(zhí)行官胡啟朝介紹,SES混合鋰金屬電池正在做產(chǎn)業(yè)化階段的緊張籌備,并已確定在通用、現(xiàn)代兩家車企進(jìn)行A樣共同開發(fā)和產(chǎn)品導(dǎo)入,預(yù)計(jì)將在2025年實(shí)現(xiàn)裝車量產(chǎn)。

 

液態(tài)鋰離子電池產(chǎn)業(yè)化30年后,行業(yè)開始將目光投向下一代電池體系——鋰金屬電池。

 

2020年以來,全球車企的電動(dòng)化節(jié)奏明顯提速,與之同步的,是其加快對于下一代動(dòng)力電池的研究部署和應(yīng)用導(dǎo)入。

 

“長期來看,鋰金屬電池是終極方向,純固態(tài)鋰金屬電池實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化并不現(xiàn)實(shí),我們選擇的路徑是混合鋰金屬電池,這種方案既保持了固態(tài)鋰金屬高能量密度的優(yōu)勢,同時(shí)保持了和鋰離子電池一樣的生產(chǎn)工藝和可制造性?!?/span>

 

SES創(chuàng)始人兼首席執(zhí)行官胡啟朝近日向高工鋰電表示,其混合鋰金屬電池正在做產(chǎn)業(yè)化階段的緊張籌備,并已確定在通用、現(xiàn)代兩家車企進(jìn)行A樣共同開發(fā)和產(chǎn)品導(dǎo)入,預(yù)計(jì)將在2025年實(shí)現(xiàn)裝車量產(chǎn)。

 

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成立于2012年的SES,是全球最早瞄準(zhǔn)鋰金屬電池的科技企業(yè)之一,過去幾年,SES已經(jīng)解決了混合鋰金屬電池的核心技術(shù)瓶頸,并開始著手為商業(yè)化做準(zhǔn)備。

 

7月中旬,SES宣布與艾芬豪資本收購公司達(dá)成最終的合并協(xié)議,計(jì)劃在紐交所上市,合并后其股權(quán)價(jià)值將達(dá)36億美元。

 

高工鋰電獲悉,此次交易預(yù)計(jì)將為SES提供4.76億美元的資金,加上前一輪融資,SES的現(xiàn)金流將超過6億美元,這為其混合鋰金屬電池的加速商業(yè)化補(bǔ)充了“彈藥糧草”。

 

與資本布局同步,胡啟朝開始在全球范圍內(nèi)部署產(chǎn)業(yè)化基地,中國成為他毫不猶豫的選擇。7月29日,上海市外資項(xiàng)目集中簽約,其中之一就是落地嘉定的麻省固能(上海)新能源科技有限公司(SES)項(xiàng)目。

 

“全球鋰電產(chǎn)業(yè)目前主要由亞洲(中韓日)主導(dǎo),而中國的優(yōu)勢越來越明顯,無論在人才,研發(fā),產(chǎn)業(yè)化,制造能力、供應(yīng)鏈配套,還是在政策支持等方面,都領(lǐng)跑全球,這也是SES從2018年在產(chǎn)業(yè)化部署時(shí)選擇中國的主要原因?!?/span>

 

胡啟朝介紹,SES將擴(kuò)大現(xiàn)有在上海嘉定工廠的混合鋰金屬電池的中試線,實(shí)現(xiàn)A樣開發(fā)和生產(chǎn),按照規(guī)劃,上海嘉定工廠將成為SES全球布局的核心一環(huán),將承載其基礎(chǔ)研發(fā)、產(chǎn)品開發(fā)到生產(chǎn)工藝,乃至整個(gè)產(chǎn)業(yè)鏈的打造。在此基礎(chǔ)上,SES將陸續(xù)在國內(nèi)部署更大規(guī)模體量的電池產(chǎn)能。

 

籍以此,SES的混合鋰金屬電池產(chǎn)業(yè)化大幕正在徐徐拉開。


SES路徑選擇


要想將動(dòng)力電池能量密度提升一個(gè)量級(jí),鋰金屬電池就是必然選擇。

 

將鋰金屬作為負(fù)極,其容量為3860 mAh/g,約為石墨的10倍,與現(xiàn)有正極體系搭配,電池能量密度可以輕松達(dá)到400wh/kg以上。

 

在通往鋰金屬電池的路上,目前主要采用兩種路徑。一種是從液態(tài)鋰離子電池到固態(tài)鋰離子電池(采用固態(tài)電解質(zhì)),再進(jìn)一步到固態(tài)鋰金屬電池,另一種則是從液態(tài)鋰離子電池到混合液態(tài)鋰金屬電池,再進(jìn)一步到固態(tài)鋰金屬電池。

 

SES所選擇的是后者。

 

在胡啟朝看來,從行業(yè)實(shí)際量產(chǎn)的固態(tài)鋰離子電池來觀察,能量密度優(yōu)勢比當(dāng)下的液態(tài)鋰離子電池并無顯著提升,同時(shí),固態(tài)電解質(zhì)的產(chǎn)業(yè)化存在不小的難度。

 

而SES所選擇的混合鋰金屬電池,通過混合氧化物固態(tài)電解質(zhì)加高濃度電解液,是目前進(jìn)展最快的鋰金屬電池技術(shù)解決方案,這種方案既能實(shí)現(xiàn)能量密度的大幅提升。同時(shí),還能夠較大程度沿用現(xiàn)有液態(tài)鋰離子電池的工藝和設(shè)備,具有較好的可制造性,以此實(shí)現(xiàn)成本可控。

 

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高工鋰電獲悉,通過多年的探索,SES已經(jīng)掌握了一套混合鋰金屬電池產(chǎn)業(yè)化的核心材料技術(shù),并摸索出了完整的生產(chǎn)工藝和制造流程,這包括:

 

  • 寬幅鋰金屬負(fù)極:通過自有知識(shí)產(chǎn)權(quán)工藝制造的超薄金屬負(fù)極

  • 復(fù)合負(fù)極涂層:通過機(jī)械屏障提高安全性

  • 基于聚合物的隔膜:高度可制造的先進(jìn)隔膜

  • 高濃度液體電解質(zhì)配方:低揮發(fā)性和自熄性

  • 高能量密度正極:高度可制造的先進(jìn)正極技術(shù)

 

基于上述技術(shù),SES的混合鋰金屬電池產(chǎn)品性能表現(xiàn)領(lǐng)先同行,其能量密度超過400Wh/kg和1000Wh/L,循環(huán)壽命超過500次,可實(shí)現(xiàn)15分鐘80%的充電速度,同時(shí)還通過了針刺、耐熱、過充、外短路等安全測試。

 

來自艾芬豪的盡調(diào)數(shù)據(jù)顯示,對比全球另外兩家鋰金屬電池企業(yè)QuantumScape和SolidPower,SES的產(chǎn)品在不同環(huán)境下的性能表現(xiàn)明顯占優(yōu),且是唯一一家通過第三方驗(yàn)證的企業(yè)。


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尤其值得關(guān)注的是安全,為了極大程度保證混合鋰金屬電池的安全,SES除了通過材料的創(chuàng)新來改善電池安全,還通過電池管理系統(tǒng)的軟件監(jiān)測和AI算法來更大程度的保障電池安全。

 

產(chǎn)業(yè)化時(shí)間表


性能指標(biāo)的大幅提升,再加上可行的產(chǎn)業(yè)化路徑,這讓車企對于SES的混合鋰金屬電池商業(yè)化裝車充滿興趣。

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高工鋰電獲悉,過去幾年,SES不僅吸引了包括通用、現(xiàn)代、吉利、上汽等國內(nèi)外車企的戰(zhàn)略投資,還讓其成為全球唯一一家和車企簽訂A樣品合作開發(fā)協(xié)議的鋰金屬電池企業(yè)。

 

今年3月,SES與通用簽訂全球首個(gè)車用鋰金屬電池A樣品的合作,隨后5月,又與現(xiàn)代簽署了全球第二個(gè)A樣品合作協(xié)議。胡啟朝介紹,接下來半年內(nèi),SES還將會(huì)與更多家國內(nèi)外車企簽訂A樣品框架開發(fā)協(xié)議。

 

事實(shí)上,國際主流車企的基本共識(shí)是,要在2025開始逐漸引進(jìn)400Wh/kg以上的鋰金屬電池。

 

一般而言,新的電池體系從開發(fā)成功到量產(chǎn)需要5年左右,前3年為A樣品開發(fā)生產(chǎn),然后是2年B樣品和C樣品開發(fā)生產(chǎn),新的電池若要在2025年實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化,就需要從2020年前后開發(fā)出A樣品。

 

而這也是SES從去年以來明顯加大產(chǎn)業(yè)化布局的背后邏輯所在。

 

按照胡啟朝的規(guī)劃,配合國際車企在鋰金屬電池商業(yè)化裝車的節(jié)奏,SES將和車企合作伙伴做聯(lián)合開發(fā)協(xié)議的同時(shí),逐步啟動(dòng)大規(guī)模產(chǎn)業(yè)化的布局。


此次融資的資金就將用于位于美國波士頓和中國上海嘉定的1GWh A樣品電池產(chǎn)線,同時(shí),將在2023年左右啟動(dòng)B樣品和C樣品10GWh的產(chǎn)線建設(shè),該產(chǎn)線預(yù)計(jì)將與2025年實(shí)現(xiàn)量產(chǎn),屆時(shí)將實(shí)現(xiàn)其產(chǎn)品商業(yè)化裝車。

 

同時(shí),SES在2026年預(yù)計(jì)將規(guī)劃第二階段的30GWh級(jí)別工廠,到2028年,預(yù)計(jì)總產(chǎn)能將達(dá)到100GWh,可滿足全球100萬輛新能源汽車的電池配套。

 

SES全球產(chǎn)業(yè)鏈布局


事實(shí)上,要想真正將混合鋰金屬電池規(guī)?;b車,目前依然還面臨不小的挑戰(zhàn)。

 

“細(xì)節(jié)是最大的挑戰(zhàn)?!?/span>

 

胡啟朝認(rèn)為,鋰金屬電池產(chǎn)業(yè)化最困難的不是新技術(shù)研發(fā),而是供應(yīng)鏈、生產(chǎn)工藝、質(zhì)量管控以及和整車廠合作過程中的各種具體細(xì)節(jié),這是SES接下來面對的關(guān)鍵挑戰(zhàn)?!?/span>

 

而讓胡啟朝具備戰(zhàn)勝這種挑戰(zhàn)的底氣,來自于他的團(tuán)隊(duì)。

 

作為創(chuàng)始人兼CEO,胡啟朝于2012年在哈佛大學(xué)攻讀應(yīng)用物理學(xué)博士時(shí)創(chuàng)立的SES,2019年,他入選《麻省理工科技評(píng)論》“35歲以下科技創(chuàng)新”榜單。

 

成立多年來,SES匯集了一大批來自全球的技術(shù)研發(fā)團(tuán)隊(duì),其中既有車企電動(dòng)化項(xiàng)目開發(fā)及管理負(fù)責(zé)人,也有國際頭部電池企業(yè)材料、工藝等研發(fā)技術(shù)負(fù)責(zé)人。

 

多元化的團(tuán)隊(duì)組合給予了SES國際化的視野和專業(yè)化的經(jīng)驗(yàn),基于此,胡啟朝部署了全球多區(qū)域的本地化布局。

 

目前,SES將總部設(shè)在新加坡,主要負(fù)責(zé)法務(wù)及金融,在美國波士頓則主要負(fù)責(zé)化學(xué)、材料、算法研發(fā)以及實(shí)驗(yàn)工廠,中國上海則依托國內(nèi)的產(chǎn)業(yè)化優(yōu)勢,負(fù)責(zé)產(chǎn)品開發(fā),制造工藝開發(fā)和電池、模組、BMS的研發(fā),在韓國則主要負(fù)責(zé)供應(yīng)鏈體系和客戶關(guān)系。

 

這其中,中國是SES產(chǎn)業(yè)化版圖的重要一環(huán),胡啟朝的明顯感受是,中國在鋰電池規(guī)?;爱a(chǎn)業(yè)化上的競爭優(yōu)勢已經(jīng)遠(yuǎn)超美國及日韓。因此,SES選擇將中國作為規(guī)?;圃旌彤a(chǎn)業(yè)鏈布局的首選。

 

對于SES混合鋰金屬電池的產(chǎn)業(yè)化,材料環(huán)節(jié)主要包括兩方面,一是高濃度鋰鹽電解質(zhì),二是超薄超寬鋰金屬。

 

胡啟朝介紹,目前上述兩大核心材料都是SES在主導(dǎo)開發(fā),而接下來,也將在國內(nèi)尋找外部合作伙伴和供應(yīng)商,以此推動(dòng)大規(guī)模的產(chǎn)業(yè)化需求。

 

電池技術(shù)的革命并非只是單純的技術(shù)層面的演變,還將會(huì)對于現(xiàn)有的產(chǎn)業(yè)格局和行業(yè)形態(tài)發(fā)生顛覆。對于SES這樣的新興科技企業(yè)而言,要依托自身的技術(shù)儲(chǔ)備,并找到戰(zhàn)略合作伙伴,踩準(zhǔn)市場化節(jié)拍,才能推動(dòng)新技術(shù)和產(chǎn)品的產(chǎn)業(yè)化落地。

 

面對全球日趨激烈的動(dòng)力電池市場角力,胡啟朝的判斷是,鋰金屬電池替代鋰離子電池不是一個(gè)迅速的過程,而是逐漸替代的一個(gè)過程。

 

“中國和韓國等亞洲的傳統(tǒng)鋰離子廠商目前重點(diǎn)專注于鋰離子技術(shù),在鋰金屬電池方面的投入有限;而美國一些鋰金屬電池技術(shù)公司擁有較強(qiáng)的研發(fā)實(shí)力,但是不具備產(chǎn)業(yè)化能力,這就給SES這類具有兩者優(yōu)勢的公司提供了更大的空間和機(jī)遇?!?/span>