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最近，SES（前身为SolidEnergySystems）在一个在线活动上宣布了阿波罗™ 混合锂金属电池。阿波罗™ 混合锂金属电池的容量为107Ah，重量仅为0.982Kg，是世界上最大的单体锂金属电池。

其能量密度也达到417Wh/kg和935Wh/L。这种锂金属电池在第三方放电测试中也显示出高容量和高能量密度。

通常，锂离子电池使用石墨或硅作为阳极。然而，混合锂金属电池使用锂金属作为阳极。

SES表示，它已与通用汽车和现代汽车签署了一项联合开发协议，开发锂金属电池的A型，该电池将于明年推出，并准备在2025年前大规模生产。

这实际上只是第二次尝试使用液体电解质将锂金属电池商业化。

 

路线：混合动力锂金属电池

液体电解质和固体电解质的探索

固态电池是最受欢迎的下一代电池。固体电池是一种含有固体电池电解质的锂电池。使用固体电解质的原因之一是使用锂金属阳极来显著增加能量密度。

锂金属电池的首次商业尝试使用了液体电解质。

1985年，加拿大Moli Energy公司在手机上安装了第一块商用锂金属电池，但由于一系列爆炸，不到六个月就在全球范围内召回了锂金属电池。

在科学家们未能在使用液体电解质的锂金属电池方面取得突破后，人们转向了固态电解质溶液。

尽管固体电解质的想法可以有效解决锂枝晶的问题，但离子电导率低已成为另一个发展瓶颈。

 

 

高浓度电解质的出现

如果我们将之前对液体电解质和固体电解质的探索作为锂金属电池阳极应用的前两个阶段，那么第三个阶段将在2014年左右进入，届时高浓度电解质将出现。

通常电解质有两种材料，即盐和溶剂。传统的电解质含有大量的溶剂和很少的盐。溶剂本身是碳酸盐，碳酸盐是一种有机易燃材料。大多数电解质是易燃的，因此不安全。

另一方面，高浓度电解质具有大量的盐和少量的溶剂。

SES自己的电解质有两个作用：它不易燃，还能改善锂枝晶的形状。

根据SES的说法，他们使用盐中溶剂浓度高的电解质，盐多溶剂少的电解质。只有几滴溶剂，而且溶剂是无机溶剂，不易燃。这种盐不是普通的六氟磷酸锂，它是一种有自己配方的新盐。

也就是说，电解质仍然是液体，但液体本身不再易燃。

他们的电解质也改善了锂枝晶的形状。

在传统电解质中，锂枝晶是非常尖锐、非常蓬松的形状，锂枝状物可以突破膜，导致锂金属电池短路并爆炸。

有了SES的新电解质，锂枝晶仍然会形成，但它们的形状完全改变了，变成了一个非常圆、致密、平坦的形状。这样就不会刺破隔膜而导致短路。”

此外，它们在阳极顶部有一层保护层，使锂枝晶非常致密，然后将其压实。SES借鉴了固体电解质的理念。

 

 

树枝状体问题仍然存在，即使它们不是尖锐的，甚至是扁平的。所以他们使用了第三种方法，软件监控。他们开发了软件监控平台，24小时监控锂金属电池的安全性，并根据使用情况提前预测电池的发展状况，主动应对电池的潜在危险。

 

混合动力锂金属电池的四大核心技术

SES锂金属电池共有四项核心技术。第一项是材料，即电解液、配方和电解液中的溶剂完全由自己开发，不易燃，更安全。它也是一种含有锂金属的非常稳定的液体。

第二个是锂金属本身。尽管购买了锂金属，但制造超薄超宽的锂箔和锂带是一个巨大的挑战。SES正在与许多供应商合作开发该流程。

第三是电池制造，SES生产自己的电池。锂金属电池与锂离子电池相似，但有许多不同之处。这部分也是他们的核心技术。

第四是软件。SES从电池生产、原材料质量控制和整个生产过程中的数据收集开始。该软件非常准确地监测每个单元的性能，并提前一个月预测风险。

 

混合锂金属电池将锂金属的高能量密度与锂离子的高制造性能相结合，发挥各自的优势。

优点：锂金属电池具有显著更高的能量密度

锂金属电池具有与锂离子电池相似的性能，但能量密度明显更高。

 

 

高能量密度

在使用与锂离子电池相同的阴极的情况下，锂金属阳极的应用可以显著提高锂金属电池的能量密度。根据SES的说法，阿波罗™ 电池的能量密度为417Wh/Kg和935Wh/L。

400Wh/kg是锂金属电池能量密度的起点，未来他们将根据需求继续优化至480Wh/kg甚至500Wh/kg。这远远超过目前市场上锂离子电池的能量密度。

 

安全性、低温性能和使用寿命如何？

更好的安全性能

也许是因为ApolloTM刚刚建成，所以没有太多的测试数据。到目前为止，他们只在三种环境中进行了放电测试，即10小时放电、3小时放电和1小时放电。从数据来看，能量密度和体积非常接近。

SES给出了更多他们之前的4Ah小电池数据作为参考。

根据第三方测试，他们的小电池可以通过针刺、过充电、外部短路和高温测试。用SES的话来说，锂金属电池可以实现与锂离子电池类似的安全性能。

 

更好的低温性能

他们还测试了C速率和低温性能。这些对锂金属电池的测试表明，从40度到-30度，从非常慢的放电（10小时）到非常快的放电（不到10分钟），它都能保持非常高的能量密度。

一个小电池可以充电到4C，放电到10C。

锂金属电池也可以快速充电。第三方测试显示，他们的锂金属电池在短短12分钟内从10%充电到90%。

 

寿命长

在寿命方面，SES数据显示，3/4层250mAh锂金属电池在800次循环后可实现80%的电池容量保持率，25+层4.2Ah锂合金电池在550次循环后可以实现90%的容量保持率。

 

 

锂金属电池的整个制造过程和产业链与锂离子电池非常相似。60%的工艺可以共享，但阳极的生产差异很大。锂金属电池可以很好地生产。

在正极材料方面，锂离子电池的正极材料是根据汽车公司的需求使用的，可以制成三元和磷酸铁锂。因此，混合锂金属电池的性能与锂离子电池非常相似。

 

锂金属电池进展：明年A样本，2025年量产

SES正在与通用汽车和现代汽车合作，明年推出汽车用锂金属电池A样品。他们计划在2022年推出A样品，2023年推出B样品，2024年推出C样品，并在2025年左右上市量产。

SES正在建设上海超级工厂，计划于2023年完工，总面积为30000平方米。Gigafactory位于上海嘉定国际汽车城，产能将达到1GWh，成为世界上最大的锂金属电池厂。

到2025年，SES将与汽车公司建立合资工厂。目标是在2025年开始建设10GWh的发电厂，并在2028年前将年发电量进一步提高到30GWh。

 

对于生产基地的布局，采取离车企最近的原则。

在SES看来，电池产业链有三个步骤。首先，物质发展方面，美国具有优势；

二是电池产品开发和生产工程开发，必须放在中韩两国，得益于中韩两国的产业链优势；

第三是生产。一般来说，生产应该靠近汽车公司。例如，宁德时代在德国设立了一家工厂，主要为德国汽车公司提供服务。LG和SK在美国设立工厂主要是为美国汽车公司服务。

 

 

“如果我们为美国汽车制造商提供服务，在美国建厂，在亚洲为亚洲汽车制造商服务，在欧洲为欧洲汽车制造商服务。”

对于混合动力锂金属电池，SES充满信心。SES不在乎是固体电池还是混合电池。他们唯一关心的是数据，真正可重复的数据。他们以前尝试过的固态电池在性能和生产率方面远不如混合锂金属电池，这就是他们选择混合锂金属蓄电池的原因。

需要再次强调的是，目前SES提供了更多来自小型4Ah电池的数据，而大型100Ah电池最早要到明年才能公布更多数据。

此外，作为一款全新产品，混合动力锂金属电池必须从A样本到量产，并必须克服量产、车辆匹配测试和验证以及实车应用的主要障碍。让我们拭目以待，看看它是否能够成功地大规模生产和应用。