钜大LARGE | 点击量：688次 | 2021年12月28日
MIT华人学霸造电池：9年融资5轮，上汽吉利都是股东
作者|Juice
编辑|晓寒
动力锂离子电池最终的形态将会是什么？
有关这个问题，很多动力锂离子电池公司都无法给出标准的答案，市场上有各种各样的尝试，例如无钴电池、钠离子电池、固态电池、石墨烯电池都在不断涌现。
但这作为一道开放式的试题，其最终答案也不应该只有上面这几种，很多动力锂离子电池初创公司正在书写自己的答案，麻省固能（以下简称为SES）也给出了自己的答案——混合锂金属电池。
符合Exic IIB T4 Gc防爆标准
充电温度：0~45℃
-放电温度：-40~+55℃
-40℃最大放电倍率：1C
-40℃ 0.5放电容量保持率≥70%
与现在通用的锂离子电池相比，混合锂金属电池最大的差别在负极材料上，搭载了混合锂金属电池的车辆续航可以提升60%以上，充电速度也有了大幅的提升，可以在12分钟内充电至80%，在成本方面，混合锂金属电池的综合生产成本也可以降低18%。
更重要的是，生产混合锂金属电池不要从头新建供应链，完全可以采用现在的产业链体系。也就是说，混合锂金属电池仅仅通过负极材料的更改就能全面提升锂离子电池的性能。
一旦成功量产，混合锂金属电池或许会搅动现在的动力锂离子电池行业。
正因为如此，SES也已经获得了多个车企和电池公司的重视，投资者的名单中不乏通用、现代、SK、上汽、吉利等大公司的身影。
而在近期，SES还宣布和艾芬豪资本收购公司达成最终合并协议，将通过SPAC形式在今年十一月中旬左右在纽约证券交易所挂牌上市。这样一来，SES将会成为全球少有的几家动力锂离子电池上市公司，更是第一家上市的锂金属电池公司。
那么，SES的混合锂金属电池究竟具备什么优势，能让通用、现代、SK等大公司青睐？这家公司又为何能够登陆纽约证券交易所呢？
就在日前，车东西和SES的创始人兼CEO胡启朝进行了一场电话采访，找出了问题的答案。
本文福利：新能源汽车发展提速，动力锂离子电池产业最受益。分享报告《车载动力锂离子电池FPC进入爆发期》，公众号对话框回复【车东西0262】下载。
01.
麻省高材生带队创业探索全新电池路径
胡启朝早年在麻省理工大学求学，并于2007年获得物理学学士学位，此后前往哈佛大学攻读应用物理学博士，并在2012年正式获得博士学位。
也是在2012年，胡启朝正式创办了SES，他回忆说现在美国上市的三家动力锂离子电池公司几乎都是在2011年、2012年左右成立的，这跟当时的热潮分不开。2008年，美国能源部开始给一些新的能源技术投资，动力锂离子电池、太阳能电池、燃料动力锂电池等新型能源的公司都受到了投资。
“当时很明显地感受到了周围的这股浪潮，刚好博士期间也在做电池相关的研究，所以毕业以后就很自然地创业了。”他向车东西说道。
像任何一家初创公司相同，SES也经历了自己的难题。
2012年，总部位于美国马萨诸塞州的锂离子电池制造商A123公司正式宣告破产，作为一家成立了12年的新能源电池标杆公司，它的落幕令整个业界为之一震，也导致资本市场对动力锂离子电池失去信心。对SES来说，最直接的影响就是融资变得困难了。几位联合创始人陆续离开，胡启朝坚持了下来。
而在创业之初，SES的研发方向也并不是现在的混合锂金属电池，而是固态锂金属电池。“当时固态电池非常火，大家都在做这方面的尝试，我的导师在1996年就开始做这方面的研究，我自己也在2007年开始投入这个领域。”
但一直到2015年，他发现固态电池还存在许多基础化学的问题难以解决。“1996年我导师开始做固态锂金属电池的时候，大家说还要8年才能成功。2007年我开始做的时候，行业也说还要8年才能成功。直到现在，还是普遍认为至少再要8年。全固态的锂金属电池就是一个梦。”
意识到这一问题，SES就迅速改变了路线，转向了混合锂金属电池。
混合锂金属电池更容易量产，这种电池的能量密度和充电性能相比于现在的锂离子电池都有了大幅度的提升，而且在成本方面可以降低18%。
一旦产品研发成功，可以通过现有的供应链体系实现大规模量产，对当前的动力锂离子电池格局具有不小的冲击力。
目前，SES已经获得了通用和现代两大国际主流车厂的A样品联合开发协议，预计将会在2025年实现量产装车。
▲SES混合锂金属电池样品
在重新调整了研究方向后，SES也迎来了快速发展，目前已经完成5轮融资，投资商包括通用汽车、现代、SK、淡马锡、上汽、天齐锂业等，累计融资近2.7亿美元（约合人民币17.44亿元）。
在完成SPAC之后还将会获得4.76亿美元（约合人民币30.75亿元），到十一月份，SES将会累积获得7亿美元（约合人民币45.22亿元）左右的资金，吉利、LG等其他的一些战略投资商也将会参与进来。
据介绍，目前SES在全球有一支约110人的团队，研发人员的比例高达90%。公司总部设在新加坡，在上海、首尔和波士顿开展业务。
02.
产品优于传统锂离子电池适配现行产业链
与现在比较流行的锂离子电池不同，SES选择了开发难度更大的混合锂金属电池。
“其实上世纪最早的锂离子电池就是锂金属电池，这重要是因为锂是整个元素周期表中最轻的金属，在能量密度等方面占有很大的优势，但当时的电解液是液态的，非常不安全，于是锂离子慢慢取代了锂金属电池。”胡启朝说。
从技术上来看，锂离子电池和锂金属电池的正极材料完全相同，最大差别就在于电池的负极。锂离子电池的负极重要是石墨和硅，而锂金属电池的负极则为锂金属。
在上世纪九十年代初期，锂金属电池存在一定的危险很难解决，后来做固态电池路线的研发人员开始想办法解决锂金属的问题，将锂金属压的很密，但这也导致了很多问题的诞生，性能和安全上的问题都没有完全解决。
而到2014年、2015年之后，锂金属电池的电解液又回到了液态，但这是全新的电解液，安全性非常高，锂金属电池就变得非常可用和实际。
▲SES混合锂金属电池样品
简单来看，锂金属电池和锂离子电池在正极材料、电解液上都完全相同，只是负极材料由石墨和硅转变成了纯锂金属。
不过，负极材料的研发也是锂金属电池的难点，所以这也是SES的重要研发方向。胡启朝说把锂金属做薄重要有三种工艺，一种是滚压的方式，把锂金属滚压成很薄的状态；另一种方式是将锂金属做成颗粒，浆料涂布；第三种方式则是把锂金属在真空环境下蒸发，再镀到载体上。
SES采用的路径是滚压，首先购买高纯度的锂金属，然后滚压成比较厚的锂箔，然后再从100微米逐步往60微米甚至20微米压，最后达到所要的厚度。胡启朝并没有明说SES可以将锂箔做到什么厚度，只是透露了将会在30微米以下。
与现行的锂离子电池相比，锂金属电池的优点也是显而易见的。一般前者的能量密度在260Wh/kg或280Wh/kg左右，但锂金属电池的能量密度可以达到400Wh/kg。
他还举例，今年一月通用汽车推出的纯电悍马，采用锂离子电池的续航里程可达到300英里（约合483公里），而替换成锂金属电池后，续航里程可以达到500英里（约合805公里），提升超过60%。
▲SES波士顿研发中心内部
在充电方面，目前锂离子电池一般要30分钟充满80%的电量，而经第三方的测试机构验证，SES的锂金属电池仅需12分钟就能将电池充电至80%。
另一方面，电池的成本也会明显降低。胡启朝表示，常规锂离子电池的负极材料要浆料、涂布、滚压、干燥等程序，每一个环节都要大量的设备投入。而锂金属电池就比较简单了，直接将锂滚压成锂箔，整个过程在干燥的环境中进行，没有溶剂，所以设备和环境的要求都会更简单一些。
综合下来，锂金属电池的成本将会比锂离子电池的成本低18%左右。
而在安全方面，由于锂金属电池的正极材料、电解液和锂离子电池都完全相同，所以基本上可以采用现在电池公司所采取的措施，从电芯、模组等方面做散热。而在冬季低温续航方面，锂金属电池也可以采用现在的一些方式来解决，如正极材料做混合、电解液里加入添加剂等方式。
材料外，软件有关持续监测电池健康和安全也至关重要。SES通过开发先进的人工智能算法来诊断与电池单元相关的健康问题，以及开发先进的控制算法和充电方法来提高电池的循环寿命和安全性，并将此类软件移植到可以集成到电池组的电池管理系统（BatteryManagementSystems,简称“BMS”）上，从而从软件方面进一步提高电池的安全性。
03.
与通用、现代达成合作逐步开启量产之路
值得注意的是，SES的混合锂金属电池并非完全停留在实验室阶段，已经开始和部分车企进行产品验证了。
一般车企在动力锂离子电池的研发方面要经过工程样品、A样品、B样品和C样品的10年漫长周期。在顺利完成工程样品后，SES已于今年三月宣布与通用汽车达成联合开发协议，在波士顿为后者开发A样品电池；五月，SES又和现代汽车与起亚签署联合开发协议，为现代的电动汽车开发A样品电池。
根据目前的规划，明年将进行A样品的优化，2023年和2024年分别研发出B样品和C样品，2025年实现装车上路。
在SES的全球布局中，位于上海嘉定的生产和研发中心将会承担重要用途。未来的产品研发、工艺开发、产业链、软件、电池模组开发都会集中于此。2023年，这一中心的产量预计将达到1GWh，有关锂离子电池来说并不算大，但有关锂金属电池来说，这将会是全球最大的生产中心。为了控制产品质量和降低成本，未来SES还会自己生产电芯、材料、模组，甚至电池管理系统、电池安全软件等。
▲SES上海厂外景
上海生产和研发中心的产量还会进一步扩大，胡启朝表示，下一步是10GWh产量，再之后是30GWh和70GWh。10GWh和30GWh的厂应该会和车企以合资的方式来建设，而70GWh的厂会等订单和产品都稳定之后由SES自己来建设。“
不过他也强调了，这只是目前的规划，但整个动力锂离子电池市场的需求变化也会比较大，后续的建厂规模和建厂节奏也将会根据需求来落实。
04.
结语：动力锂离子电池行业仍需技术变革
汽车行业电动化转型的趋势已经非常明显了，上个月上海的新能源汽车渗透率已经超过了30%，整个大势已经不可逆转。
动力锂离子电池作为电动汽车的核心零部件仍然是重中之重，但现在所采用的动力锂离子电池如三元锂离子电池和磷酸铁锂离子电池都存在着一定的短板，车企和电池公司也在积极寻找新的产品来弥补这些不足。
SES的混合锂金属电池就是这些尝试之一，从电池的负极材料上直接入手，用锂金属替代传统的石墨和硅，从能量密度、充电速度和成本方面都做了提升，目前也已经受到了多个电池公司和车企的青睐，其产品已经开始在验证装车了。
但有关整个动力锂离子电池行业来说，变革还在进行中。
