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大家好，我是電動(dòng)車公社的社長(zhǎng)。
最近，廣汽埃安率先發(fā)布了全球首款1000公里續(xù)航車型，堪比不少混動(dòng)和增程車型，著實(shí)讓不少人驚掉了下巴。
大家都沒想到，超過1000公里續(xù)航的車型居然來(lái)得這么快！而且也的確沒想到，廣汽年初夸下的?？?，居然真的實(shí)現(xiàn)了。
里程焦慮，似乎不再是購(gòu)買一臺(tái)新能源車最大的阻礙了。不過新能源車能實(shí)現(xiàn)1000公里的超長(zhǎng)續(xù)航，核心要點(diǎn)還是能量密度。
我們知道，鋰電池是由正極、負(fù)極、電解質(zhì)（也就是電解液）、隔膜和電池外殼組成的。
不嚴(yán)謹(jǐn)?shù)卣f，電池中鋰離子所占的比例高低，決定了儲(chǔ)存能量的多少。
就比如AION LX使用的海綿硅負(fù)極片電池技術(shù)，從負(fù)極的硅碳材料入手，將電池包的成組能量密度提升了差不多20%（205Wh/kg，144.4kWh）。
明年上150度電池的蔚來(lái)ET7，也是在硅碳負(fù)極的基礎(chǔ)之上額外采用了混合固液電解質(zhì)，才把單體電芯的能量密度提升到了360Wh/kg。
即使是按照70%的成組效率來(lái)算，電池包的密度也會(huì)大于250Wh/kg。1000公里成就get√。在業(yè)內(nèi)量產(chǎn)的電池技術(shù)里，這兩家基本上快摸到鋰離子電池能量密度的天花板了。
但真正的天花板，還得說是采用固態(tài)電解質(zhì)、能量密度更高的全固態(tài)電池。
等到大規(guī)模量產(chǎn)的那一刻，或許隨便一臺(tái)車都有個(gè)千八百公里續(xù)航，配合超充就是一個(gè)字：香。
但就在前幾天，突然沖出了幾家像SES、恩力動(dòng)力這樣的電池初創(chuàng)企業(yè)，宣稱自己已經(jīng)已經(jīng)成功研制出了新型的鋰金屬電池，并且很快就能量產(chǎn)。
這種電池在負(fù)極直接使用了鋰金屬，能量密度居然能接近幾年后量產(chǎn)的全固態(tài)電池！
這讓社長(zhǎng)有些好奇：這種鋰金屬電池是什么來(lái)頭？它是不是下一代的新型電池技術(shù)？電池巨頭的格局，又會(huì)不會(huì)發(fā)生新的變化？
今天，我們就來(lái)好好聊一聊。
01. 鋰金屬電池的前世
從廣汽和蔚來(lái)的例子中我們不難發(fā)現(xiàn)，兩家車企就好像事先約定好了，都采用了硅碳復(fù)合材料作為負(fù)極。當(dāng)然，對(duì)負(fù)極材料下狠手的，還有“摻硅補(bǔ)鋰”的智己。
相比于現(xiàn)在市面上絕大多數(shù)新能源車采用的石墨負(fù)極電池，硅負(fù)極材料的理論鋰離子容量能達(dá)到4200Ah/kg，比石墨的372Ah/kg高了十倍有余，也就變相提高了能量密度。
如果按照美國(guó)能源部的定義，根據(jù)負(fù)極材料的不同、能量密度逐漸增加、把鋰電池技術(shù)分為三代的話，最常見的石墨負(fù)極電池就是第一代，即將鋪開的硅碳負(fù)極電池屬于第二代。
而第三代，就是在負(fù)極直接應(yīng)用金屬鋰的電池了。
熟悉新能源車的小伙伴都知道， 1881年法國(guó)工程師古斯塔夫·特魯夫就制造出了全世界第一輛電動(dòng)車，其采用鉛酸蓄電池供電、直流電機(jī)驅(qū)動(dòng)，比第一輛奔馳還早了4年。
鋰金屬電池的發(fā)展歷程，也頗有幾分早期電動(dòng)車的意味。
早在上世紀(jì)70年代鋰電池剛剛誕生的時(shí)候，科學(xué)家們就嘗試過應(yīng)用金屬鋰作為電池的負(fù)極，比索尼面向市場(chǎng)推出首款鋰離子電池的時(shí)間，足足早了20年。
如今的鋰離子電池看到鋰金屬電池的話，可能還得叫一聲“爸爸”。
而科學(xué)家們看重鋰金屬直接作為負(fù)極的原因也很簡(jiǎn)單——金屬鋰的性能，實(shí)在是太棒了！它的理論鋰離子容量能達(dá)到3850 Ah/kg，和硅負(fù)極的理論容量差不多。
與此同時(shí)，又有著金屬中最低的密度（0.534g/cm³）和最負(fù)的電化學(xué)電位（-3.045V），非常容易吸引電子。
這也就是說，作為負(fù)極材料的鋰金屬比硅還優(yōu)秀。它有著極高的能量密度，電池的電壓也更容易做得更高。
在現(xiàn)實(shí)生活中，我們最常接觸到的鋰金屬電池，其實(shí)是汽車鑰匙中的紐扣電池。它能夠一次性使用3年左右的時(shí)間，而且體積能做得很小。
就比如CR2032型號(hào)的紐扣電池，這個(gè)C就代表著鋰金屬負(fù)極。當(dāng)然2032R和特斯拉的18650也是一樣的邏輯，代表著直徑20mm、高度3.2mm的圓柱體。
但從中也不難發(fā)現(xiàn)：這個(gè)紐扣電池從來(lái)沒有人說要充電，都是沒電了就換——這是個(gè)用完了就扔的一次性電池??！
沒錯(cuò)，這也是鋰金屬電池遲遲得不到量產(chǎn)的最大原因，安全。
其實(shí)從2015年1月起，國(guó)際民航組織就已經(jīng)針對(duì)單獨(dú)的鋰金屬電池UN3090在客機(jī)上作為貨物運(yùn)輸。這項(xiàng)禁令比起鋰離子電池UN3480來(lái)說早了1年多，可見其危險(xiǎn)性。
具體怎么不安全，建議參考一下三星手機(jī)爆炸門。
鋰金屬電池不安全的原因，也和爆炸門的手機(jī)有幾分異曲同工之妙，都是刺穿了正負(fù)極之間的隔膜。正負(fù)極直接連接導(dǎo)致電池短路，從而過熱、起火爆炸。
就好比一塊奶酪三明治，上下兩邊的面包把中間的奶酪扎透了。只不過電池這個(gè)“面包”直連的代價(jià)，實(shí)在是有些慘重。
而鋰金屬電池和三星Note7之間的區(qū)別在于，Note 7是由于工藝問題，正負(fù)極上的焊點(diǎn)有毛刺，才刺穿的隔膜（面包做得又硬又糙，給奶酪扎了個(gè)透心涼）；
鋰金屬電池，則是由于不可逆的鋰枝晶生長(zhǎng)。相當(dāng)于面包在放置/食用的過程中，自己長(zhǎng)出來(lái)一塊，給奶酪扎了個(gè)透心涼。（奶酪：我招誰(shuí)惹誰(shuí)了！生氣）
至于為什么會(huì)有鋰枝晶生長(zhǎng)，簡(jiǎn)單來(lái)說就是鋰離子實(shí)在是太貪玩也太調(diào)皮了。它從正負(fù)極之間跑來(lái)跑去的過程中迷了路，最終沉積在負(fù)極的表面上，再也不動(dòng)。
而且它還特別喜歡掛在有凸起的粗糙表面，久而久之就越長(zhǎng)越長(zhǎng)，最終形成像小樹苗一樣的鋰枝晶。
其實(shí)在一開始，并沒有人發(fā)現(xiàn)鋰枝晶的破壞作用，而是用血和淚的教訓(xùn)換來(lái)的。
作為全球第一家把充電鋰電池推向市場(chǎng)的公司，來(lái)自加拿大的Moli Energy可以說是走在了時(shí)代的風(fēng)口上。
其將二硫化鉬作為正極，金屬鋰作為負(fù)極，推出了能量密度超過100Wh/kg的電池。一經(jīng)上市，便在消費(fèi)電子產(chǎn)品飛速發(fā)展的環(huán)境下風(fēng)靡全球，獲得了大量訂單。
但好景不長(zhǎng)，初代產(chǎn)品剛剛售出200萬(wàn)只，就出現(xiàn)了起火爆炸的安全事故，隨后宣布召回所有產(chǎn)品并提供經(jīng)濟(jì)補(bǔ)償。最終只能資不抵債，破產(chǎn)拍賣。
接手的日本NEC公司隨后又生產(chǎn)了50萬(wàn)只電芯，并安裝在新款的手機(jī)上。
不幸的是，經(jīng)過長(zhǎng)達(dá)一年半的“蹂躪”，這批手機(jī)電池幾乎都出現(xiàn)了問題，從電池衰減到起火爆炸應(yīng)有盡有。無(wú)數(shù)經(jīng)費(fèi)背后，只是一場(chǎng)絢爛的花火。
但萬(wàn)幸的是，這批電池僅僅用于測(cè)試，并沒有交付到消費(fèi)者手中。
用慘痛的代價(jià)驗(yàn)證了鋰金屬電池極低的可靠性之后，鋰金屬電池也被時(shí)代所封存。
02. 鋰金屬電池的今生
2008年發(fā)生了兩件事，間接讓鋰金屬電池激動(dòng)地拍打著棺材板，重新復(fù)活了。
第一件事，是特斯拉Roadster的橫空出世。
這臺(tái)300多續(xù)航、零百加速不到4秒的油改電小跑車，第一次讓許多人看到了新能源車的無(wú)限可能，也拯救了第一次瀕臨破產(chǎn)的特斯拉。
而它能夠讓馬斯克成功說服投資人，靠的正是18650電池的高能量密度。
對(duì)新能源車來(lái)說，高能量密度代表著一切——更長(zhǎng)的續(xù)航、更快的充電速度、更輕的車重……百利而無(wú)一害。
正如這句玩笑話說的那樣，“燃油車最牛的是油箱，最拉胯的是發(fā)動(dòng)機(jī)；電動(dòng)車最牛的是電機(jī)，最拉胯的是電池”。
能量密度，就是動(dòng)力電池最大的痛點(diǎn)。
在政策的驅(qū)使下，在現(xiàn)實(shí)的推動(dòng)下，看到了希望的車企也紛紛開始立項(xiàng)新能源車，進(jìn)行一次次大膽的嘗試。
從那時(shí)起，所有的車企和電池企業(yè)都在考量一項(xiàng)相同的核心指標(biāo)，能量密度。
這一目標(biāo)，甚至還“傳染”給了3C消費(fèi)市場(chǎng)，一時(shí)間大家都在追求更小的體積和更輕的重量。
另一件事，是全球都不約而同地開始布局，把資源和精力都投入了新能源產(chǎn)業(yè)。
遠(yuǎn)的比如大洋彼岸的美國(guó)，在小布什和奧巴馬交接前后，美國(guó)能源部幾乎不計(jì)成本地投入清潔能源項(xiàng)目。
無(wú)論是太陽(yáng)能電池、鋰電池、燃料電池、水分解、風(fēng)能還是核能，只要是清潔能源就立項(xiàng)。還鼓勵(lì)各大高校，在學(xué)術(shù)上給予大力支持。
這批博士生畢業(yè)之后，創(chuàng)立了一大批搞技術(shù)的鋰電池初創(chuàng)企業(yè)，都或多或少地經(jīng)歷過數(shù)輪融資。有些已經(jīng)被大企業(yè)并購(gòu)，而有些則堅(jiān)持到了上市。
我們當(dāng)然也不甘示弱，由科技部、財(cái)政部、發(fā)改委和工信部共同啟動(dòng)了十城千輛工程，準(zhǔn)備用3年左右的時(shí)間每年發(fā)展10個(gè)城市，每個(gè)城市推出1000輛新能源汽車開展示范運(yùn)行。
有了市場(chǎng)，就不愁沒有高校和科學(xué)家?guī)ь^研究。
除此之外，我們還特意也出臺(tái)了退稅和補(bǔ)助政策，大力支持國(guó)內(nèi)風(fēng)電設(shè)備的發(fā)展。
至于光伏行業(yè)，為了避免金融危機(jī)給出口帶來(lái)的影響，發(fā)改委用一次史無(wú)前例的招標(biāo)，拉開了國(guó)家級(jí)光伏發(fā)電特許權(quán)項(xiàng)目的序幕。一出手，就是1萬(wàn)千瓦時(shí)。
如今大國(guó)博弈的種子，其實(shí)在那時(shí)就已經(jīng)埋下。
但不管怎樣，新能源行業(yè)都離不開一樣最重要的東西：電池，而且是高能量密度的電池。
但對(duì)于現(xiàn)階段的鋰離子電池，在業(yè)界看來(lái)，一抬頭就能夠看到瓶頸。目前的硅碳負(fù)極技術(shù)已經(jīng)研究多年，技術(shù)接近成熟，但對(duì)能量密度的提升卻并沒有想象中那么高。
于是，業(yè)界分成了兩派。
一派有點(diǎn)像傳統(tǒng)武學(xué)的“六大門派”，其中最典型的，就是97歲獲得諾貝爾獎(jiǎng)、過了今年就100歲的John B. Goodenough教授，“足夠好”老爺子。
仙風(fēng)道骨的，是不是有點(diǎn)像張三豐？
在他看來(lái)，負(fù)極依然需要硅基或者鋰金屬這樣的高能量密度材料，但解決問題的根本方案，還是要從固態(tài)電解質(zhì)下手。
只要能夠研發(fā)出高電導(dǎo)率、穩(wěn)定性強(qiáng)、價(jià)格低廉、界面穩(wěn)定性好的固態(tài)電解質(zhì)，能量密度就能提升一個(gè)極大的量級(jí)。
順便，還能解決一下鋰金屬電池鋰枝晶生長(zhǎng)的安全問題！
這也就是說，只要固態(tài)電解質(zhì)成功量產(chǎn)，那么全固態(tài)鋰金屬電池也就指日可待了。
如果還拿三明治來(lái)舉例子的話，大家可以想象一下面包（正負(fù)極）和奶酪（隔膜）之間隔著一大片完全脫水的牛肉干（固態(tài)電解質(zhì)），是不是很難再刺穿奶酪（隔膜）了？
老爺子短期的目標(biāo)，就是在102歲退休之前、或者延長(zhǎng)退休年限之后，能夠攻克這一值得再次頒發(fā)諾貝爾獎(jiǎng)的世紀(jì)難題。也正應(yīng)了老爺子的那句話——“這就是我去世之前要做的事情：留下一個(gè)更清潔，更美好的世界。”
當(dāng)然，按照中國(guó)電池工業(yè)協(xié)會(huì)副理事長(zhǎng)黃學(xué)杰的說法，我們?cè)谶~過錳酸鋰電池、三元鋰/磷酸鐵鋰電池、全鎳/無(wú)鈷電池之后，長(zhǎng)期的技術(shù)目標(biāo)，同樣是全固態(tài)電池。
目前，包括寧德時(shí)代、比亞迪、三星SDI、韓國(guó)SKI、松下在內(nèi)的多家全球鋰電池巨頭，也都在積極布局固態(tài)電池?？梢哉f，這就是未來(lái)明確的方向。
但全固態(tài)電池實(shí)現(xiàn)起來(lái)，卻沒有想象中那么容易。
一方面固態(tài)電解質(zhì)的導(dǎo)電率會(huì)低于液態(tài)電解質(zhì)，而且正負(fù)極和固態(tài)電解質(zhì)之間也沒辦法很好地融合。簡(jiǎn)單來(lái)說就是充電慢，電阻大。
所以全固態(tài)電池還無(wú)法大規(guī)模應(yīng)用在主流3C產(chǎn)品和動(dòng)力電池中，更不要說能量密度更高的全固態(tài)鋰金屬電池了。
這一派，可能要讓我們等上5-10年的時(shí)間。
于是，就出現(xiàn)了有點(diǎn)像“江湖野路子”的另一派。就是我們剛才提到的，在2008年前后創(chuàng)立的幾家美國(guó)公司，以及國(guó)內(nèi)的科學(xué)家?guī)ь^研究的電池初創(chuàng)企業(yè)了。
03. 什么時(shí)候量產(chǎn)？
這幾家里進(jìn)度最快的，是一家名為SES的鋰金屬電池初創(chuàng)企業(yè)，由麻省理工的博士胡啟朝一手創(chuàng)辦，也是2008年新能源行業(yè)井噴后的產(chǎn)物。
在11月初舉辦的首屆SES BatteryWorld上，SES發(fā)布了全球首款容量＞100Ah的大型鋰金屬電池Apollo，明年就能推出樣品，而2025年將會(huì)正式量產(chǎn)。
這造型，像不像刀片電池？
從時(shí)間來(lái)看，這非常符合一個(gè)外企對(duì)于開發(fā)時(shí)間嚴(yán)謹(jǐn)?shù)膽B(tài)度，也是為了跑完為期5年的測(cè)試流程。
但要說這是個(gè)PPT期貨，也的確一點(diǎn)都沒錯(cuò)。
從電芯的參數(shù)上看，Apollo 417Wh/kg的重量能量密度和935Wh/L的體積能量密度已經(jīng)接近固態(tài)電池，差不多是現(xiàn)款鋰離子電池的一倍左右。
但對(duì)于最重要的安全問題，SES卻采用了一種另辟蹊徑的特殊方案，似乎是把電池自燃的問題扼殺在了萌芽中。
硬件層面，SES研發(fā)了一種高濃度的鋰鹽電解液，作用是改變鋰枝晶的微觀形狀，從尖頭的“樹杈”變成圓頭的“挖耳勺”，避免直接刺穿；
此外還在電鍍負(fù)極表面的時(shí)候使用添加劑，從而在負(fù)極鋰金屬的表面形成一層光滑的保護(hù)膜，減緩鋰枝晶的生長(zhǎng)速度。
軟件上，SES的Avatar電池監(jiān)測(cè)軟件會(huì)從原材料和生產(chǎn)檢測(cè)開始，再結(jié)合充放電狀況和使用工況等信息，模擬出一個(gè)和實(shí)體電池包非常接近的“虛擬電池包”。
這個(gè)虛擬電池包就像提前探路的清掃機(jī)器人，給真正的電池包開路。一旦發(fā)現(xiàn)鋰枝晶即將長(zhǎng)到危險(xiǎn)的形態(tài)，會(huì)提前幾個(gè)月就進(jìn)行預(yù)警，確保電池系統(tǒng)的安全。
據(jù)悉，這款電池包將在上海嘉定國(guó)際汽車城的超級(jí)工廠進(jìn)行量產(chǎn)，計(jì)劃于2023年前后投產(chǎn)，年產(chǎn)能1GWh，差不多是寧德時(shí)代的1%。
在完成所有的測(cè)試之后，將會(huì)主要供應(yīng)給通用汽車和現(xiàn)代起亞。
至于為什么會(huì)是通用汽車和現(xiàn)代起亞，社長(zhǎng)還特意查了一下，卻發(fā)現(xiàn)了一個(gè)SES的驚天大秘密。
早在2013年，SES就已經(jīng)拿到了450萬(wàn)美金的A輪融資，隨后的BCD輪更是一共拿到了1.81億美金。最近和艾芬豪資本收購(gòu)公司合并之后，很快就會(huì)在紐交所正式上市。
目前預(yù)計(jì)的估值，是36個(gè)億。
而SES背后的投資人，正是包括通用、現(xiàn)代起亞、SKI、淡馬錫、天齊鋰業(yè)、上汽集團(tuán)這種汽車圈里的大佬級(jí)企業(yè)！
所以SES和通用、現(xiàn)代起亞走得那么近，也就不足為奇了。
在這些投資人里，天齊鋰業(yè)作為一家鋰電池核心材料供應(yīng)商，控股SES就等于控股下游企業(yè)，或許還可以理解。但SKI明明和SES是競(jìng)爭(zhēng)關(guān)系，為什么還要控股？
針對(duì)這個(gè)問題，社長(zhǎng)走訪了一下行業(yè)內(nèi)的工程師，也求證了一下胡啟朝本人。
最終得到的答案是，這種大型電池供應(yīng)商工作項(xiàng)目很多，重心往往會(huì)放在降低成本、提高效率上，對(duì)于不能立刻商業(yè)變現(xiàn)的項(xiàng)目投入不會(huì)很大，基本只會(huì)在千萬(wàn)級(jí)別。
相比之下，這種新型電池技術(shù)就是一家初創(chuàng)企業(yè)賴以生存的根基，孤注一擲也要把新技術(shù)量產(chǎn)出來(lái)。
從生產(chǎn)的角度來(lái)講，SES的鋰金屬電池和普通鋰離子電池的生產(chǎn)工藝非常類似。正極、隔膜、外殼都相同，有所區(qū)別的僅僅是電解質(zhì)和負(fù)極材料，這部分不會(huì)增加成本。
但目前Apollo電池大規(guī)模量產(chǎn)的最大挑戰(zhàn)在于這一大片又薄又長(zhǎng)的鋰金屬負(fù)極，但有了天齊鋰業(yè)的合作關(guān)系，應(yīng)該不會(huì)很難。
鋰金屬電池制造的單位成本肯定會(huì)比普通電池要高，但整體應(yīng)該還是處于可控范圍之內(nèi)。
04. 寫在最后
其實(shí)在采訪胡啟朝本人的時(shí)候，社長(zhǎng)還問了一個(gè)比較私人的問題。
“如果假設(shè)現(xiàn)在SES已經(jīng)超額完成目標(biāo)，啟朝也已經(jīng)功成名就了，下一步你會(huì)怎么選？是會(huì)像馬斯克一樣，換一條新的賽道繼續(xù)前進(jìn)，還是有其他的人生目標(biāo)？”
而胡啟朝本人的回答是，“我希望能夠在3-5年內(nèi)把SES好好做起來(lái)，從上游的原材料開始整合，降低電池的成本。”“等到SES跑起來(lái)之后，我個(gè)人希望能夠借助SES的力量，去打造飛行汽車。”
或許像馬斯克、何小鵬、胡啟朝這樣的“大男孩”，都有一個(gè)心中的飛行夢(mèng)吧。
我們現(xiàn)在的確無(wú)法看到飛行汽車能夠展翅翱翔，或許我們這輩子都見不到電動(dòng)火箭飛上太空。
但社長(zhǎng)相信，在這些理想主義者的帶領(lǐng)下，用不了幾年，未來(lái)的生活會(huì)發(fā)生天翻地覆的變化。
過去的幾年如此，未來(lái)的幾年同樣如此。
