全球下一代動力電池技術的研發和商業化應用，又往前邁進一大步。

2023年12月13日，全球領先的高性能鋰金屬電池開發商SES AI Corporation（NYSE: SES，以下簡稱SES）在第三屆Battery World上宣布，與一家車企正式簽署鋰金屬電池B樣品協議。

該協議也是在鋰金屬電池領域，全球首次進入B樣品階段，是鋰金屬電池在商業化進程中的一個重要里程碑，對于未來交通的電動化轉型具有重要意義。

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3860mAh/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。

SES方面對澎湃新聞記者表示，在簽署協議后，通常在1—2年內完成電池B樣品送樣。

去年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。

“相較于側重于證明電池材料體系的A樣品階段，B樣品更關注于電池電芯設計。而在B樣品后，還有C樣、D樣，最后電池實現量產裝車?！盨ES方面對澎湃新聞記者介紹說。

在今年的活動中，SES照例公布了最新的數據報告。報告聚焦100Ah鋰金屬電芯測試數據，顯示了電芯在從4Ah到50Ah再到100Ah的放大過程中，能量密度和性能保持了較好的一致性，尤其在低溫和高功率條件下擁有出色性能。

其中105.8Ah的電芯在低功率（C/10）、室溫25攝氏度的條件下，質量能量密度能夠達到399Wh/kg，體積能量密度能夠做到862Wh/L，電池循環次數仍然在測試中。

安全方面，100Ah鋰金屬電芯通過了第三方測試機構的過充、針刺、外短路和熱穩定測試，并獲得UN38.3認證，標志著SES在高能量密度電芯的安全方面更進一步。

電池過充安全測試

電池外短路安全測試

“安全是質量的首要條件。隨著我們生產的大容量電芯越來越多，我們也在執行越來越嚴格的生產質量標準，以確保鋰金屬電池的安全。通過收集電池全生命周期的數據，我們訓練人工智能安全軟件 Avatar，使其對大容量鋰金屬電池健康狀況的預測準確率已經從去年的 60% 提高到今年的 92%。” SES創始人兼CEO胡啟朝表示。

據介紹，SES成立于2012年，是一家綜合性的鋰金屬電池制造商，在材料、電芯、模組、基于人工智能學習的電池安全算法和電池回收再利用方面擁有強大實力。SES的前身為 SolidEnergy Systems，總部位于波士頓，在上海嘉定和首爾各有一處工程制造中心。

2021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。目前SES吸引了包括通用、現代、吉利、上汽等國內外車企的戰略投資。

鋰金屬電池的商業化難點

據介紹，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。

不過，現代汽車先進電池開發部全球研發專家Yongjun Jang此前卻表示，“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。

在Yongjun Jang看來，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。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。

在2023年世界動力電池大會上，寧德時代首席科學家吳凱也表示，相對于液態電解質，固態電解質更適合與金屬鋰結合。

不論如何，目前來看，鋰金屬電池可視作下一代動力電池的重要分支。據了解，除了SES，目前全球布局鋰金屬電池路線的企業還有寧德時代、LG新能源等。

其中，寧德時代已經基于界面力學增強技術和雙向導通網絡技術構建了長壽命全固態鋰金屬電池。其中，通過界面力學增強技術抑制了鋰金屬枝晶，使得鋰金屬臨界電流密度領先業內；雙向導通網絡技術提升了固固界面穩定性，全固態電池3C倍率循環能夠達到6000次。

而韓國LG新能源也一直在開發高體積能量密度的鋰金屬電池。電池體積密度能夠達到約1000Wh/L，采用薄鋰金屬負極。此前LG新能源副總裁孫權男介紹，“為了提高耐久性和循環壽命，我們一直在通過開發穩定的電解質、保護層和先進的材料來提高鋰金屬負極的可逆性。這種鋰金屬電池將適用于高續航里程的電動車和機器人，它們需要在有限的體積內獲得更高的能量?！?/p>

加速鋰金屬電池商業化，城市空中交通也是發力點

作為一家初創電池企業，為了推動鋰金屬電池更快地商業化，SES也將目光投向了電池材料和人工智能，并將產品的應用場景拓展到了航空領域。

在SES看來，用于材料研發的深度學習在基礎研究領域正在發揮越來越重要的作用。為了加快新材料的發現，SES正在搭建基于機器的深度學習平臺，使用圖形神經網絡模型分析化學結構，從而發現適合鋰金屬化學體系的新結構。而公司正在波士頓總部修建的全新的電解液研發中心今后將成為合成和測試新電解液溶劑分子的重要基地。

商業化應用方面，SES將繼續推進與車企的合作，并在軟包電池外，為后者提供方殼電池的選擇，滿足其對電芯的多元化需求。此外，SES還將回歸城市空中交通（Urban Air Mobility）領域，助力UAM市場的快速發展。

值得一提的是，就在今年10月國家工信部等四部門聯合發布的我國工業和信息化部等四部門印發《綠色航空制造業發展綱要（2023-2035年）》中，提出要突破高能量密度鋰電池等關鍵技術。滿足電動航空器使用需求和適航要求的400Wh/kg級航空鋰電池產品投入量產，500Wh/kg級產品小規模驗證。

據SES方面此前介紹，公司的鋰金屬電池也正在使用國內eVTOL主機廠峰飛航空的產品進行測試，而SES在上海的部分電池產線也計劃專門用于eVTOL電池的生產。

在胡啟朝看來，“鋰金屬化學體系在目前電池的材料體系中擁有最高的質量能量密度，對于空中的應用場景非常適合。在C/3充電和飛行的放電條件下，鋰金屬電池的循環壽命已經可以達到1500圈?！?/p>

“30年前，索尼推出第一款商用鋰離子電池，改變了消費電子品行業。我們希望鋰金屬電池的商業化會徹底改變城市空中交通的發展?！焙鷨⒊f。