2024年2月14日， 美国初创公司24M Technologies推出了一款名为EternalyteTM的电解液，专为锂金属电池设计，旨在提升电池的循环寿命和充放电功率，500次循环容量保持率超过83%且支持4C的快充倍率。此外，结合此前发布的ImpervioTM隔膜技术，还能够防止金属枝晶的生长，并且针对此类失效模式提前预警，改善安全。
再通过ETOPTM技术把极片直接集成到电池系统，24M的CEO 以及总裁Naoki Ota先生宣称能够实现1000英里(~1600km)续航(Together, they can deliver a cost-effective and safe 1,000-mile-per-charge battery pack)。
那么，24M这家公司是什么来头？上面宣称的几项技术是否靠谱？能否成功助力电动汽车实现1600公里的续航，彻底告别里程焦虑？本文带您一探究竟。
一、24M电池技术解析
从24M公开的信息来看，这款续航1600km的电池是锂金属电池，电池单体能量密度为391Wh/kg，在锂金属领域并不算特别高（考虑到力神已经在1月底推出了402Wh/kg高硅半固态电池，参考 力神电池开发出402Wh/kg半固态电池）。
不过这款电池的系统能量密度高达350Wh/kg（质量成组效率接近90%），比目前麒麟电池宣称的255Wh/kg还要高出37%以上。而极氪009采用的麒麟电池系统能量密度才200~205Wh/kg，总能量140kWh就可以实现1000km以上的续航(参考麒麟电池首款高比能电芯分析)。
350Wh/kg的系统能量密度比200Wh/kg提高了1.75倍，假设电池包重量不变的话，那么总能量可以提升到140*1.75=245kWh。按照百公里电耗15~16kWh的话，确实能够实现超过1600km的续航（1000 miles）。
除了能量密度高之外，这款锂金属电池还支持4C的充放电倍率，而且是在5mAh/cm2的载荷下实现的，这样的大倍率充电相比于传统的锂金属电池提升巨大，是指数级的改善（一般锂金属电池的充电倍率在0.5C以下）。
早在2021年，24M的创始人兼首席科学家 Yet-Ming Chiang教授就在Nature Energy上面发表文章通过跟液态碱金属(Na-K)复合的方式，改善了锂金属电池的临界电流密度，在3.8mAh/cm2的载荷下实现了2mA/cm2的超高电流密度。本次高达20mA/cm2的电流密度应该是结合了液态碱金属以及电解液优化等多种策略得到的更优效果。
不过要注意的是，这款电池正极NCM材料的面容量才3mAh/cm2, 按照高镍材料200mAh/g的容量发挥以及20mg/cm2的面密度，面容量很容易达到4mAh/cm2以上。
如此低的面容量，要实现391Wh/kg的话，需要非常高的正极材料占比，预计在60%以上，这就需要传说中的厚电极技术了，这项技术也是24M立足之本，官方称之为Semi SolidTM。
本质上就是超厚电极，将传统电极50~100μm的厚度提高5倍到300~500μm，可以大幅度提高活性物质的质量占比并且减少非活性物质的使用。同时由于超厚电极的使用，单颗电极的容量可以做到很高，这样就减少了并联的层数，也为从极片直接成组为电池系统创造了条件。按照官方的数据，24M的ETOPTM(Electrode TO Pack)能够做到90%的质量成组效率，可谓是天花板级别的存在了。
由于厚极片的应用，24M半固态电池的隔膜也可以变得更厚，甚至跟铅酸电池类似，这样的隔膜不仅更加安全(Impervious的英文意思就是不易损坏)，可以抑制金属枝晶导致的短路（下图是24M公司测试其隔膜对于不锈钢以及锂金属枝晶的抑制）。
而且在隔膜上就可以进行进一步的创新，比如通过镀一层导电物质来检测锂金属枝晶的生长，起到提前预警的目的。这个技术最早在2014年斯坦福大学的崔屹教授就发表过文章（具体参考Nature Comm, 2014,5,5193），从24M公开的产品照片上，也可以看到其露在外部的极耳在4个以上，大概率是在隔膜处增加了用来检测电压等信号的输出极，来提前预判枝晶的生长情况。
二、24M的发展历史以及前景分析
24M公司成立于2010年，由美国麻省理工学院的首席科学家蒋业明教授(音译，英文名Yet-Ming Chiang) 等人创办。值得一提的是，蒋老师这个人还是A123的创始人之一，在改善磷酸铁锂倍率性能方面做出了突出的成果。
早在2002年左右就在Nature子刊上发表文章,利用高价态金属离子如Nb、W、Ti、Mg、Zr等取代 Li位大幅度提高LFP了的电子电导和倍率性能（Nature Material, Electronically conductive phospho-olivines as lithium storage electrodes），随后在2003年成立了A123公司.
其对于锂离子电池的材料体系和制造技术都十分熟悉，深知目前的电池体系非活性物质占比太高，不利于能量密度的发挥和后续的回收。而且制造过程固定设备投资和能耗较大，成本较高。所以创办了24M来对锂电池的生产工艺进行革新，省去了其中烘烤等步骤，来显著降低设备投资和制造成本。
24M将这项革新的技术称为SemiSolidTM,并且注册了商标，这种半固态电池的核心在于电极设计，取消了传统的粘结剂和NMP等溶剂，将活性材料，导电碳和电解液直接混合在一起，涂在极片上。由于没有粘结剂，混合好的材料就跟黏土和稀泥一样，具备一定程度的流动性，是一种固液混合的状态，所以叫做半固态。
公众号下一代电池参照24M官方公开信息对其技术进行了整理（具体可参考1000周、13000周--24M公司半固态电池（高镍/石墨、铁锂/石墨体系）的一些数据），由于厚电极的使用，除了粘结剂和NMP的取消，铜箔铝箔较传统的锂电池节省了60%以上，隔膜节约80%，电解液，极耳等也有不同程度的节省。
而且在制造过程上，从当前锂电池前段和中段的的15个步骤直接缩短为5个步骤，也就是混料，涂布，叠片，焊接，入壳（软包或者铝壳），由于省去了所有的烘烤工序以及电解液渗液，时间上也从原本的22h缩短为1h。
自从成立以来，24M公司本身并没有大规模推出产品，而是采用技术转让和授权的方式跟多家公司合作（参考续航1600公里的半固态电池就要来了），包括大众、富士胶片、Lucas TVS、安瓦新能源（Axxiva）和Freyr等公司。这一点跟台湾半固态电池厂商辉能科技如出一辙（具体可参考辉能的固态电池是新物种吗？），可以重技术，轻资产并且避免跟其他电池企业的竞争。
其中2020年，24M宣布与日本京瓷集团达成合作，京瓷将采用24M技术的SemiSolid电极制造工艺生产的半固态锂电池开发其住宅储能系统Enerezza。
2021年，24M与挪威初创电池公司Freyr签署了许可协议，授予Freyr基于24M当前和所有未来技术生产锂电池的权利。
2022年初，大众汽车收购了24M 25%的股份，双方正式成为战略伙伴。大众集团计划建立一家全资子公司与24M一起“开发一种用于汽车的半固态电池的生产技术”。
值得一提的是，国内的安徽安瓦新能源科技有限公司（该公司好像跟奇瑞和国轩有关，有点名不见经传），其半固态/固态电池技术也是来自24M，2022年底宣布在上山东烟台建厂，主要生产能量密度达300-340Wh/kg的半固态技术体系动力电池和储能电池，应用于整车、储能、换电等市场领域。
小结：24M的半固态电池是物理意义上的半固态，直接将活性材料，导电剂和电解液混合，取消了粘结剂以及传统极片的烘烤步骤，减少了制造步骤，节约了设备投资和制造成本。虽然名字相同，但是这跟目前行业内主推的化学意义上的半固态电池是截然不同的技术方案。值得一提的是，24M还将自己的SemiSolidTM申请了商标，是真正意义上力推半固态的企业。
虽然24M最新发布的锂金属电池系统能量密度高达350Wh/kg, 也有望实现1600km的超长续航，当前的应用领域并不明确。目前电动汽车上LFP电池都可以实现700km的续航，三元电池能实现1000km的续航，随着4C以上快充技术的普及，长续航受欢迎的程度在下降。而对于能量要求更高的电动飞机领域，对于功率要求同等重要，厚电极技术的功率性能一般都比较差，导致放电倍率较低，能否在电动飞机领域应用也是问题。
不管怎样，24M的半固态电池技术至少是制造领域革新的重大尝试，值得大家去学习。蒋教授也是众多华人中在学术造诣和产业化领域做得比较突出的一位，参与创立了7家初创公司，包括电池公司A123 Systems、24M、Form Energy、Desktop Metal、American Superconductor以及Sublime Systems等。希望24M的半固态电池技术能够在恰当的领域结出果实。
