诺贝尔奖得主站台，固态电池重大突破，大众特斯拉背书

行业心心念的电动汽车固态电池什么时候量产？答案是2024年。

初创公司QuantumScape举办了线上电池展“Showcase”，首次对外披露了其固态电池测试数据，除管理层外，还邀请到了19年诺贝尔化学奖得主以及前特斯拉合伙人CTO站台。

成立于2012年的QuantumScape，已得到了大众、大陆、上汽等众多车企的投资和背书，特别是与大众建立了合资厂。

汽车人参考参加了这次线上会议，这里为读者全面分享有关固态电池的最新进展，全文逻辑Why-How-What。

1. 为什么是固态电池（Why）

目前电动汽车用的锂离子电池，无论是正极三元高镍或NCA，负极采用石墨或者石墨/硅体系，质量能量密度已到了天花板（300Wh/kg）。

而要继续实现能量密度的突破，采用金属负极是其中一种可能，也就是锂金属电池，能量密度可以做到500-600Wh/kg的水平。

而锂金属电池需要用到固态电解质，它也是非常热门的研究领域。

材料体系繁多，性能各异，大体又可以分为有机物（聚合物）和无机物（硫化物和氧化物）两大类，但是这些材料在满足快充、循环、低温、成本等方面均存在巨大挑战。

在过去的40年里，还没有一家公司能够制造出能同时满足这些要求的产品。

2. 无负极和固体分离器是核心（How）

汽车人参考认为，QuantumScape的固态电池主要由两项核心技术组成：

一是“无负极”的制造工艺，锂金属负极不是在电池制造过程中形成的，而是在电池充电时，由锂离子在金属箔片聚集而形成的，且该过程可逆，能实现多次循环。

二是采用了陶瓷材料的固态分离器（Solid-State Separator），代替了液态有机电解质以及多孔隔膜。

3. 密度、倍率、寿命、成本、安全全方位突破（What）

“无负极”直接去掉了石墨/硅的主体材料，带来的好处是非常明显的：

1. 显著提高电池的体积能量密度至1000Wh/L，质量能量密度至500Wh/kg；

2. 消除了负极主体材料中锂离子的扩散瓶颈，实现了4C充电倍率，15分钟从0至充至80%快速充电；

3. 降低了负极界面的容量损失，延长了使用寿命（800次/90%）；

4. 降低了制造和原材料成本，总体成本相比于现在锂电池还降低了17%。

而另一个杀手锏“固态分离器”，本身质地坚固且具有柔性。

它与传统锂电池正负极间的液体电解质一样，主要功能是在电池充电和放电时将锂离子从一端输送到另一端。

同时，由于其本身不可燃，还起到了屏障的作用，即使在非常高的电流密度下，能抵抗负极锂枝晶的形成，解决了锂电池因枝晶而导致内短路的业界难题。

锂离子电池的共同发明人、2019年诺贝尔化学奖得主Stanley Whittlingham表示，制造固态电池最困难的部分是需要同时满足高能量密度、快速充电、长循环寿命和宽温度范围工作的要求。

QuantumScape的测试数据均满足所有这些要求，这是以前从未报道过的。如果这项技术投入大规模生产，它就有可能改变整个行业。

4. 10年磨一剑（启示）

在分享会上，QuantumScape称自己花了10年的时间和3亿美元研发费用，才找到了一个符合要求的'固态分离器'，期间经历了超过200万次的测试。

与之相比，我们做事情是不是太着急了？

而且QuantumScape表示，这种材料价格便宜，被大规模应用在其他领域，很容易买得到。

根据QuantumScape的时间表，其产品目前处于车企样件测试阶段，预计2024年中旬实现量产，产能为1GWh；而20GWh的产能将会在2026年中旬落地。

5. 汽车人参考点评

目前市场主流锂离子电池系统已基本满足能量密度（续航大于500公里）、循环性（寿命12年）、安全（不起火爆炸）的市场要求。

QuantumScape固态电池最大的亮点在于快充以及比当前锂离子电池更低的成本，而且原材料易于得到。

如果加上固态电池在能量密度、安全性上天然上的优势，那么这足以改变整个游戏规则。

如果真的能在2025年前实现商业落地，必然对整个行业的发展有重大意义，而与之相配套的产业链可能会面临洗牌和重构。