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锂电池|挑战锂离子电池的锂金属电池来了

1月11日，位于四川的天齐锂业（002466）发布公告称，旗下参股的高性能锂金属电池制造公司SES即将在纽交所上市 。借此机会，锂矿巨头也将在新型电池领域中占有席位 。
梳理SES的投资者会发现，除了天齐锂业，还包括通用、现代、起亚、吉利、上汽等一长串汽车大佬 。
多家龙头公司的同时参股，可见产业对锂金属电池的重视 。
锂金属电池和锂离子电池都属于锂电池大类，两兄弟的主要区别在于负极材料 。
前者以石墨和硅为负极，经过二十多年的发展已被广泛应用 。但比容量低，难以进一步突破能量密度的瓶颈，于是，人们盯上了高比容量的锂金属，并将之视为下一代电池体系的“潜力股” 。
不过，锂金属的应用也有一些老大难：首要，是锂枝晶生成导致的安全隐患 。
在电池多次充放电后，锂金属表面会不断生长树枝状锂晶体，大量尖锐的枝晶会对隔膜产生应力并将其刺穿，引发短路爆炸等的热失控，仿佛一个不定时的炸弹 。
上世纪80年代，凭借首个试水锂金属电池而风靡一时的加拿大Moli Energy公司，就因多起着火事件从辉煌沦为没落，血泪教训也令整个工业界转向青睐石墨负极 。
其次，是锂金属的无限体积膨胀会导致其锂电极粉化、电解液消耗、大量产气鼓胀 。
尽管锂金属过于“顽皮”，但由于底子出色，电池厂商们一直没放弃驯服这种活泼的负极材料 。
宁德时代中国区乘用车解决方案部总裁项延火在2021年全球新能源汽车大会上透露，“经过近10年的攻关研究，我们认为采用锂金属为负极材料的全固态金属电池是固态电池的最优发展方向 。”他指出，该技术可从本质提升电池安全性和能量密度，宁德时代将持续投入，但目前关键技术和工艺仍需行业共同攻克 。
赣锋锂业（002460）在2020年业绩说明会中提及，其研发的第二代固态电池基于高镍三元正极、含金属锂负极材料，能量密度超过350Wh/kg，循环寿命接近400次 。去年，旗下宜春赣锋还计划投资22亿元在江西分期投建“高比能固态电池超薄锂负极材料项目” 。
在海外，日本国家工业科学技术研究所、韩国三星研发研究所、特斯拉澳大利亚研究所也在推进锂金属电池研发 。
祥峰投资管理合伙人郑俊聪为虎嗅解释了锂金属电池受资本重视的原因：第一，相较其它动力解决方案，其同等体积下能实现能量存储翻倍；第二，快充技术的超前实现利好商业化落地；第三，对比锂离子电池价格上涨不多，是物美价廉的性价比优选 。
2021年11月，SES公司发布了一款容量为107Ah的Apollo?锂金属电池，重量仅0.982Kg，能量密度为417Wh/kg、935Wh/L，是已知目前全球单体容量最大的锂金属电池 。
为了更具体的了解这一技术路线，虎嗅向SES公司创始人胡启朝博士一探究竟 。
【锂电池|挑战锂离子电池的锂金属电池来了】胡启朝告诉虎嗅，近些年大家一直在研发锂金属电池，但还从来没有公司把电芯做到车规级，所以Apollo?的出现在业界引起了一定震动 。
市面上的电池起名方式很多种，有的是根据正极材料，比如三元锂、四元锂、磷酸铁锂；有的是根据电解液，比如固态、混合；有的是根据负极材料，比如锂金属、锂离子 。
纵观锂金属电池周身，和锂离子电池有60%的相似度 。产线和工艺的兼容性很高，正极材料、隔膜几乎都可以沿用，剩下40%的差异体现在电解液、负极材料和软件监测上 。
高浓度锂盐电解液的改良可以使锂枝晶变得平滑而密集，避免刺破隔膜，也令正极在高电压下具备很好的氧化稳定性，不易燃 。
锂金属的化学体系和传统石墨、硅完全不同，因此不能使用常规锂离子电池的电极，需要重新开发 。
监测电池的寿命和失效机制也需要新的软件概念 。对锂金属电池来说，外部环境对隐形性能的影响有时比电芯中的材料对系统的影响还大，所以要严格掌控电芯的环境、温度、压力、湿度和充放电快慢 。
电池换上锂金属负极材料对车企的主要意义在于，它可以大幅提升车的续航里程，降低单位能量密度的成本 。大众、福特、本田、宝马、吉利等知名车企几乎都在进行布局 。
车企一般会有很多条线的不同品牌，针对高端线的车型，比如保时捷、凯迪拉克会配合使用成本较贵的高镍三元锂做正极，针对中低端的大众品牌，比如雪佛兰、上汽、马自达会搭配相对便宜的磷酸铁锂做正极 。
言及应用进度，胡启朝表示，一般新型电池上车前需要经历工程样品、A样品、B样品、C样品、量产几大环节，其中工程样品约有五年开发周期，A样品有两年，B、C样品各一年，最后再量产 。目前SES已经和通用、现代签了锂金属电池A样品功能开发协议，预计2025年左右可以上车 。


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