圓桌｜電解質固態或液態不重要，鋰金屬負極才是電池終極方向？

12月14日，鋰金屬電池開發者及制造商麻省固能新能源科技有限公司（前身為SolidEnergy Systems，以下簡稱“SES”）舉辦了第二屆SES Battery World活動。在圓桌活動環節，SES創始人胡啟朝表示，未來電池的終極目標并不是在電解液上實現固態，而是在電池負極成功使用鋰金屬。

不過，當天參與討論的來自本田汽車和現代汽車的技術專家仍然表示，鋰金屬電池未來能否成功商業化，電解質是液態還是固態仍然至關重要。

而本田汽車技術研究院先進技術中心資深工程師Yoshiya Joshua Fujiwara進一步透露，目前本田對于全固態鋰金屬電池和液態電解質鋰金屬電池兩種技術都展開了研究。

通常認為，要想將現有的動力電池能量密度提升一個量級，電池負極使用金屬鋰是必然選擇。鋰金屬作為負極，理論容量3860 mAh/g，約為石墨的10倍，與現有鋰離子電池正極體系搭配，電池能量密度可輕松達到400Wh/kg以上。

去年，SES發布了Apollo大型鋰金屬電芯，容量為107Ah，能量密度為 417Wh/kg，成為當時全球容量最大的鋰金屬電池電芯。今年的活動上，SES還公布了目前公司三款鋰金屬電池電芯的數據，其中102.8Ah的電芯在低功率（C/10）、室溫25攝氏度的條件下，能量密度能夠達到383 Wh/kg。

在初成立時，SES本計劃是研發生產全固態鋰金屬電池，但全固態鋰金屬電池商業化實現確實有不小的難度。據胡啟朝介紹，目前SES采用的高濃度電解液選用了特殊材料，包括特殊的鹽、溶劑，是流動態的，專門為鋰金屬負極設計。

在胡啟朝看來，這一方案是目前進展最快的鋰金屬電池技術解決方案，既能實現電池能量密度的大幅提升，同時還能夠較大程度沿用現有液態電解質鋰離子電池的工藝和設備，具有較好的可制造性，以此實現成本可控。

不過，在此前一些業內人士看來，在影響鋰金屬電池關鍵電化學性能的各種組分中，電解質的地位顯著，因為它控制著固-電解質間相(SEI)的特性和鋰沉積形態，與充放電可逆性密切相關。基于其對界面性能的影響，電解質是液態還是固態，對鋰金屬負極電池實際的能量密度、庫倫效應、循環壽命等仍然有不同的影響。

例如液體(非水)電解質具有高離子電導率，同時電極與隔膜表面之間具有優異的潤濕性。其中，醚基電解質因其對鋰金屬存在還原穩定性而被廣泛采用。然而，這些電解質抗氧化的穩定性差，極大限制了它們在高壓正極的應用。

而固態電解質的優勢在于，利用其高模量，能夠更有效抑制鋰枝晶生長，從而更加安全，但其缺點也很明顯。近年來，研究者對以固體氧化物、固體硫化物、固體聚合物和有機-無機混合電解質為代表的不同類型固態電解質進行了研究，盡管嘗試了許多不同的改性方法，來增強固態電解質的離子導電性，但固態電解質諸如電極-電解質接觸不足導致更大的界面電阻、適應體積變化的能力差以及電極粒子的潤濕問題等，仍然阻礙著固態鋰金屬電池的性能，從而妨礙了它們的商業化。

在此次圓桌討論中，現代汽車先進電池開發部全球研發專家Yongjun Jang表示，液態電解質鋰金屬電池和固態鋰金屬電池的最終目標都是負極使用鋰金屬，但確保電池壽命的方法不同。使用液態電解質的鋰金屬電池，必須通過穩定的氧化還原反應，阻止電解液和界面處的鋰金屬負極損耗過快。另一方面，對于全固態鋰金屬電池而言，要保持固態電解質和鋰金屬連續而又緊密的接觸，并防止因形成鋰枝晶而造成電池短路。

“不同的電解質是決定高能量密度電池能否擁有長壽命的重要因素。與小容量電池相比，電解質對大容量電池更為敏感和重要。只有解決了這個問題，新電池才有可能商業化。”Yongjun Jang說。

本田汽車技術研究院先進技術中心資深工程師Yoshiya Joshua Fujiwara介紹，目前本田對于全固態鋰金屬電池和液態電解質鋰金屬電池都展開了研究。目前還不清楚哪一種成本更低，液態電解質鋰金屬電池與鋰離子電池的制造工藝相似，而固態電池的制造工藝是全新的，兩種不同的技術路線本田都在嘗試。哪一種能夠更早地實現商業化目前來看也比較難說。

據了解，今年4月，本田宣布將打造全固態電池示范生產線，投資430億日元（約合人民幣21.8億元），計劃于2024年春季啟動。

盡管兩家車企對不同電解質路線的鋰金屬電池看法不一，但仍然都表現出了對SES公司目前選用的高濃度液態電解液鋰金屬電池的興趣。Yoshiya Joshua Fujiwara在討論中稱，“高能量密度的鋰金屬負極是實現低成本電池技術的關鍵。我們要考慮生產效率、可靠性，最終希望能夠降低電動汽車的價格。”

據了解，SES的創始人胡啟朝在2007年獲得麻省理工大學物理學學士學位，2012年獲得哈佛大學應用物理學博士學位，同年創立SES。去年7月，SES與艾芬豪資本收購公司合并，今年2月，SES在紐交所正式完成上市。

目前SES不僅吸引了包括通用、現代、吉利、上汽等國內外車企的戰略投資，還成為全球唯一一家和車企簽訂A樣品合作開發協議的鋰金屬電池企業。

今年3月，SES與通用汽車簽訂全球首個車用鋰金屬電池A樣品的合作協議，5月，又與現代汽車簽署了全球第二個A樣品合作協議。據介紹，明年SES將會有鋰金屬電池B樣品推出。目前，SES在上海嘉定的鋰金屬電池超級工廠也正在建設中。