最近，SES（前身為SolidEnergySystems）在一個在線活動上宣布了阿波羅? 混合鋰金屬電池。阿波羅? 混合鋰金屬電池的容量為107Ah，重量僅為0.982Kg，是世界上最大的單體鋰金屬電池。

其能量密度也達到417Wh/kg和935Wh/L。這種鋰金屬電池在第三方放電測試中也顯示出高容量和高能量密度。

通常，鋰離子電池使用石墨或硅作為陽極。然而，混合鋰金屬電池使用鋰金屬作為陽極。

SES表示，它已與通用汽車和現(xiàn)代汽車簽署了一項聯(lián)合開發(fā)協(xié)議，開發(fā)鋰金屬電池的A型，該電池將于明年推出，并準(zhǔn)備在2025年前大規(guī)模生產(chǎn)。

這實際上只是第二次嘗試使用液體電解質(zhì)將鋰金屬電池商業(yè)化。

 

路線：混合動力鋰金屬電池

液體電解質(zhì)和固體電解質(zhì)的探索

固態(tài)電池是最受歡迎的下一代電池。固體電池是一種含有固體電池電解質(zhì)的鋰電池。使用固體電解質(zhì)的原因之一是使用鋰金屬陽極來顯著增加能量密度。

鋰金屬電池的首次商業(yè)嘗試使用了液體電解質(zhì)。

1985年，加拿大Moli Energy公司在手機上安裝了第一塊商用鋰金屬電池，但由于一系列爆炸，不到六個月就在全球范圍內(nèi)召回了鋰金屬電池。

在科學(xué)家們未能在使用液體電解質(zhì)的鋰金屬電池方面取得突破后，人們轉(zhuǎn)向了固態(tài)電解質(zhì)溶液。

盡管固體電解質(zhì)的想法可以有效解決鋰枝晶的問題，但離子電導(dǎo)率低已成為另一個發(fā)展瓶頸。

 

 

高濃度電解質(zhì)的出現(xiàn)

如果我們將之前對液體電解質(zhì)和固體電解質(zhì)的探索作為鋰金屬電池陽極應(yīng)用的前兩個階段，那么第三個階段將在2014年左右進入，屆時高濃度電解質(zhì)將出現(xiàn)。

通常電解質(zhì)有兩種材料，即鹽和溶劑。傳統(tǒng)的電解質(zhì)含有大量的溶劑和很少的鹽。溶劑本身是碳酸鹽，碳酸鹽是一種有機易燃材料。大多數(shù)電解質(zhì)是易燃的，因此不安全。

另一方面，高濃度電解質(zhì)具有大量的鹽和少量的溶劑。

SES自己的電解質(zhì)有兩個作用：它不易燃，還能改善鋰枝晶的形狀。

根據(jù)SES的說法，他們使用鹽中溶劑濃度高的電解質(zhì)，鹽多溶劑少的電解質(zhì)。只有幾滴溶劑，而且溶劑是無機溶劑，不易燃。這種鹽不是普通的六氟磷酸鋰，它是一種有自己配方的新鹽。

也就是說，電解質(zhì)仍然是液體，但液體本身不再易燃。

他們的電解質(zhì)也改善了鋰枝晶的形狀。

在傳統(tǒng)電解質(zhì)中，鋰枝晶是非常尖銳、非常蓬松的形狀，鋰枝狀物可以突破膜，導(dǎo)致鋰金屬電池短路并爆炸。

有了SES的新電解質(zhì)，鋰枝晶仍然會形成，但它們的形狀完全改變了，變成了一個非常圓、致密、平坦的形狀。這樣就不會刺破隔膜而導(dǎo)致短路。”

此外，它們在陽極頂部有一層保護層，使鋰枝晶非常致密，然后將其壓實。SES借鑒了固體電解質(zhì)的理念。

 

 

樹枝狀體問題仍然存在，即使它們不是尖銳的，甚至是扁平的。所以他們使用了第三種方法，軟件監(jiān)控。他們開發(fā)了軟件監(jiān)控平臺，24小時監(jiān)控鋰金屬電池的安全性，并根據(jù)使用情況提前預(yù)測電池的發(fā)展?fàn)顩r，主動應(yīng)對電池的潛在危險。

 

混合動力鋰金屬電池的四大核心技術(shù)

SES鋰金屬電池共有四項核心技術(shù)。第一項是材料，即電解液、配方和電解液中的溶劑完全由自己開發(fā)，不易燃，更安全。它也是一種含有鋰金屬的非常穩(wěn)定的液體。

第二個是鋰金屬本身。盡管購買了鋰金屬，但制造超薄超寬的鋰箔和鋰帶是一個巨大的挑戰(zhàn)。SES正在與許多供應(yīng)商合作開發(fā)該流程。

第三是電池制造，SES生產(chǎn)自己的電池。鋰金屬電池與鋰離子電池相似，但有許多不同之處。這部分也是他們的核心技術(shù)。

第四是軟件。SES從電池生產(chǎn)、原材料質(zhì)量控制和整個生產(chǎn)過程中的數(shù)據(jù)收集開始。該軟件非常準(zhǔn)確地監(jiān)測每個單元的性能，并提前一個月預(yù)測風(fēng)險。

 

混合鋰金屬電池將鋰金屬的高能量密度與鋰離子的高制造性能相結(jié)合，發(fā)揮各自的優(yōu)勢。

優(yōu)點：鋰金屬電池具有顯著更高的能量密度

鋰金屬電池具有與鋰離子電池相似的性能，但能量密度明顯更高。

 

 

高能量密度

在使用與鋰離子電池相同的陰極的情況下，鋰金屬陽極的應(yīng)用可以顯著提高鋰金屬電池的能量密度。根據(jù)SES的說法，阿波羅? 電池的能量密度為417Wh/Kg和935Wh/L。

400Wh/kg是鋰金屬電池能量密度的起點，未來他們將根據(jù)需求繼續(xù)優(yōu)化至480Wh/kg甚至500Wh/kg。這遠遠超過目前市場上鋰離子電池的能量密度。

 

安全性、低溫性能和使用壽命如何？

更好的安全性能

也許是因為ApolloTM剛剛建成，所以沒有太多的測試數(shù)據(jù)。到目前為止，他們只在三種環(huán)境中進行了放電測試，即10小時放電、3小時放電和1小時放電。從數(shù)據(jù)來看，能量密度和體積非常接近。

SES給出了更多他們之前的4Ah小電池數(shù)據(jù)作為參考。

根據(jù)第三方測試，他們的小電池可以通過針刺、過充電、外部短路和高溫測試。用SES的話來說，鋰金屬電池可以實現(xiàn)與鋰離子電池類似的安全性能。

 

更好的低溫性能

他們還測試了C速率和低溫性能。這些對鋰金屬電池的測試表明，從40度到-30度，從非常慢的放電（10小時）到非常快的放電（不到10分鐘），它都能保持非常高的能量密度。

一個小電池可以充電到4C，放電到10C。

鋰金屬電池也可以快速充電。第三方測試顯示，他們的鋰金屬電池在短短12分鐘內(nèi)從10%充電到90%。

 

壽命長

在壽命方面，SES數(shù)據(jù)顯示，3/4層250mAh鋰金屬電池在800次循環(huán)后可實現(xiàn)80%的電池容量保持率，25+層4.2Ah鋰合金電池在550次循環(huán)后可以實現(xiàn)90%的容量保持率。

 

 

鋰金屬電池的整個制造過程和產(chǎn)業(yè)鏈與鋰離子電池非常相似。60%的工藝可以共享，但陽極的生產(chǎn)差異很大。鋰金屬電池可以很好地生產(chǎn)。

在正極材料方面，鋰離子電池的正極材料是根據(jù)汽車公司的需求使用的，可以制成三元和磷酸鐵鋰。因此，混合鋰金屬電池的性能與鋰離子電池非常相似。

 

鋰金屬電池進展：明年A樣本，2025年量產(chǎn)

SES正在與通用汽車和現(xiàn)代汽車合作，明年推出汽車用鋰金屬電池A樣品。他們計劃在2022年推出A樣品，2023年推出B樣品，2024年推出C樣品，并在2025年左右上市量產(chǎn)。

SES正在建設(shè)上海超級工廠，計劃于2023年完工，總面積為30000平方米。Gigafactory位于上海嘉定國際汽車城，產(chǎn)能將達到1GWh，成為世界上最大的鋰金屬電池廠。

到2025年，SES將與汽車公司建立合資工廠。目標(biāo)是在2025年開始建設(shè)10GWh的發(fā)電廠，并在2028年前將年發(fā)電量進一步提高到30GWh。

 

對于生產(chǎn)基地的布局，采取離車企最近的原則。

在SES看來，電池產(chǎn)業(yè)鏈有三個步驟。首先，物質(zhì)發(fā)展方面，美國具有優(yōu)勢；

二是電池產(chǎn)品開發(fā)和生產(chǎn)工程開發(fā)，必須放在中韓兩國，得益于中韓兩國的產(chǎn)業(yè)鏈優(yōu)勢；

第三是生產(chǎn)。一般來說，生產(chǎn)應(yīng)該靠近汽車公司。例如，寧德時代在德國設(shè)立了一家工廠，主要為德國汽車公司提供服務(wù)。LG和SK在美國設(shè)立工廠主要是為美國汽車公司服務(wù)。

 

 

“如果我們?yōu)槊绹囍圃焐烫峁┓?wù)，在美國建廠，在亞洲為亞洲汽車制造商服務(wù)，在歐洲為歐洲汽車制造商服務(wù)?！?/p>

對于混合動力鋰金屬電池，SES充滿信心。SES不在乎是固體電池還是混合電池。他們唯一關(guān)心的是數(shù)據(jù)，真正可重復(fù)的數(shù)據(jù)。他們以前嘗試過的固態(tài)電池在性能和生產(chǎn)率方面遠不如混合鋰金屬電池，這就是他們選擇混合鋰金屬蓄電池的原因。

需要再次強調(diào)的是，目前SES提供了更多來自小型4Ah電池的數(shù)據(jù)，而大型100Ah電池最早要到明年才能公布更多數(shù)據(jù)。

此外，作為一款全新產(chǎn)品，混合動力鋰金屬電池必須從A樣本到量產(chǎn)，并必須克服量產(chǎn)、車輛匹配測試和驗證以及實車應(yīng)用的主要障礙。讓我們拭目以待，看看它是否能夠成功地大規(guī)模生產(chǎn)和應(yīng)用。