挑战锂离子电池的锂金属电池来了
2022-01-13 21:47:32  出处:虎嗅网  作者:雨林下 编辑:万南     评论(0)点击可以复制本篇文章的标题和链接

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。

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。

作为全球最早开始和大型车企做锂金属A样品共同开发的公司,胡启朝认为,SES提早和下游厂家进行协作磨合既是时间上的先发优势,也是核心技术之外的另一护城河。

原材料除了锂,镍也荒

动力电池正处于全面升级的浪潮,各支科研队伍无死角的向细分板块发起进攻。但拼完技术后,最终会回归落脚到成本,比的还是原材料。

锂作为主角,自然是舞台追光灯的焦点。不光一级市场的各国土豪老板纷纷下注,重金抢矿,二级市场相关股票也量价齐升,涨势喜人。

天齐锂业是SES公司持股9.34%的原材料供应商,早早就布局了锂产业,还抢占时机蛇吞象,并购了全球最优质的锂辉石矿泰利森锂矿,参股国内最大的盐湖锂矿扎布耶盐湖,拿下四川雅江县措拉锂辉石矿的采矿权,无疑是电池公司坚实的大后方。

当然,光鲜的背后也有代价。由于扩张激进,尤其是2018年高溢价收购智利SQM公司23.77%股权后,天齐锂业一度被严重债务危机缠身,2021年Q2才是其连续七个单季度以来的首次盈利。即便当下危机基本解除,但资金周转的压力始终还在。

“锂荒”共识上,胡启朝向虎嗅补充了对“镍荒”的判断。全球电动汽车电池已经有数百GWh了,到2030年可能会有数TWh,若那时动力电池的总成本降到60美元/KWh以下,基本就挤不出多少利润给上下游,而且能比的,就只剩谁手里还有矿。

但在整个电池体系里,除了锂,镍、锰、钴也很稀缺,特别是镍。

眼下,提高含镍量是趋势。诸如三元、四元锂电池里的镍比例均从以往的50%提升到了80%甚至更高,然而镍在地壳中的含量连锂的1%都不到,所以,未来也要考虑镍荒的可能。

竞争会为个体公司带来压力,更会为行业催生效率。不得不说,创业新秀的不断涌现让下一代动力电池的赛场越发精彩激烈。

而随着产业发展进程的加快,技术公司的评估标准也会相应提高。

参数高低之外,产线的完备、上游的联动、客户的拓展、团队的管理等多个维度,都将迫使理工出身的科技创始者们走出数字逻辑的舒适圈,迎头处理更复杂的市场环境,感受扑面而来的情绪挑战。而这些,或许才是横亘在新技术商业化前最难的。

挑战锂离子电池的锂金属电池来了

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#锂电池

原文链接:虎嗅网 责任编辑:万南

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