65438年2月8日，大眾和比爾蓋茨投資的初創公司QuantumScape發布了經過十年研究的固態電池最新性能數據。據說這種固態電池也可能是第壹種商業上可行的固態電池。股市聞訊，QuantumScape股價大漲。
這種固態電池可以將電動汽車的續航裏程提高80%，15分鐘可以充滿80%的電量，將於2024年投產。其突破的關鍵是用柔性陶瓷電解質代替液體電解質。據悉，即使在零下30攝氏度的極低溫度下，電池性能也不會受到影響。
那聽起來令人興奮。然而，最大的疑問是電池的許多細節沒有公布。正如CICC的研究報告所說，現在展示的只是單張層壓板，而不是電芯，因此無法確定電芯的功率，也無法計算其充電設施的配套情況。反過來，QuantumScape是不是只是“放壹顆PPT衛星”？
QS在隱藏什麽？
QuantumScape在這次簡報會上談到了許多令人興奮的技術。比如這種固態電池與傳統的鋰離子電池相比，充電800次後仍能保持80%以上的容量，技術有了顯著進步。
另外這款電池阻燃，體積能量密度超過1000Wh/L，幾乎是頂級商用鋰電池密度的兩倍，也是目前特斯拉的型號？所用電池的三倍。
聽起來棒極了。連公司聯合創始人、鋰離子電池發明人、2019諾貝爾化學獎獲得者之壹斯坦？Whittingham說，“制造固態電池最困難的部分是同時滿足高能量密度、快速充電、長循環壽命和寬溫度範圍的要求。數據顯示QuantumScape的固態電池完全符合所有這些要求，這是以前從未報道過的。如果該公司能夠將這項技術投入量產，可能會改變整個行業。”
然而，QuantumScape也有許多隱藏的東西。
比如，根據CICC的研究報告，第壹，QuantumScape沒有給出具體的技術路線和詳細的電池參數；其次，顯示的電池樣品只是壹個單壹的層壓板，而不是真正的電池單元。換句話說，目前只是實驗室數據。
材料方面，根據QuantumScape專利的布局和宣傳，QuantumScape固態電池的路線應該是氧化物系類石榴石復合氧化物固態電池(復合？石榴石？固態的？電池)，主流的電解質體系是Li3La3Zr2O12(LLZO)，即鋯酸鑭鋰。
而且，谷歌的CICC？在專利上找到的大量與QuantumScape相關的專利體系也是鋰鑭鋯酸鹽氧化物。這也是目前固態電池氧化物路線中最有可能量產的材料，也是2007年後新發現的對鋰金屬最穩定的氧化物電解質體系的壹個分支。實際上，隨著中國陶瓷清洗的發展，兩條小型生產線已經投入批量生產。
所以大眾的固態電池走氧化物體系下的柔性陶瓷電解質路線也就不足為奇了。然而，鋯酸鑭鋰體系既有優點也有缺點。
鋯酸鑭鋰(LLZO)體系的特點是:首先，目前固態電池所有電解質體系中對鋰金屬適應性最好的電解質，相對來說更有可能直接跳過矽陽極，實現鋰金屬陽極的應用。第二，LLZO的電化學窗口很寬，可以承受5V以上的電壓。
然而，LLZO系統有許多缺點。比如這種石榴石復合體系的電導率只有10-4，比液體電解質低兩個數量級。其次，LLZO與正極的界面性能較差。這是因為，壹方面石榴石結構使得與鋰金屬的接觸面不平整，另壹方面與正極的接觸相對較差。
因此，目前國內探索的解決方案包括復合陰極、界面處理工藝優化、引入界面層和電解質復合。比如清代陶器的發展，走的就是復合陽極的道路。
此外，制備過程復雜，制造設備來源不同。換句話說，現有的鋰電池生產體系不能通用，必須重建。而且除了電池本身，配套設施的建設也很重要。
2017，Fisco曾經說過“充電壹分鐘可以跑800公裏”。但根據公社數據組呂藝興的計算，要達到這個效果，充電樁的鋁導體直徑要達到60CM，比臉盆還要粗壹根線。可能嗎？以現在的技術來說，“這簡直是只有閃電才能達到的效果！”
根據這個模型(目前通用電壓350V)，記者計算出固態電池要在15分鐘充滿80%，充電樁鋁導體直徑要在15CM以上。即使換成導電率兩倍的銅導體，直徑也要在7.5CM以上，目前還是很難實現(計算方法請加微信討論karma-shan。
最近理想的李想說，“只有在第二代電動車技術成熟的基礎上，李才會做純電動。”第二代技術的壹個標誌是800V電壓平臺下的400kW快速充電。但現實中，5~10年可能很難做到400kW的充電功率。
我們知道特斯拉希望的350kW超級充電樁的落地還不確定。所以綜合各種情況考慮，固態電池真正能實現量產商用，業界給出的時間點是2030年以後。
所以業內也有質疑。QuantumScape表示，固態電池計劃在2024~2025年量產。這種可能性有多大？整體來看，以鋯酸鑭鋰為電解液的電池單體在理論性能上有壹定的實用性，但距離量產還有壹段距離。
所以這個固態電池似乎是QuantumScape和大眾對投資壓力的回應，放了壹個PPT“大衛星”給投資者信心。從投資方面可以理解，經過十年，取得了壹定的成績。況且股市是在賭未來。
不過，記者還是咨詢了業內相關人士，他們表示，含稀土成分的鋯酸鑭鋰“這條路線應該很難。”有兩個元素內容太少。“硫化路線可行。這也是豐田在開發固態電池之初所考慮的。所以氧化物路線能走多遠，我們還不能下結論。
固態電池的路徑
再來說說固態電池。原理很簡單，就是用固體或半固體電解質來代替現有鋰電池使用的液體電解質。從技術上講，固體電解質的厚度可以很薄，也就是幾十個微米，減少了體積和重量。高能量密度和高安全性的固態電池是電池技術的終極目標。
固態電池的開始最早可以追溯到1972。當年，斯克羅薩蒂？首次報道了以LiI為電解質的固體鋰離子壹次電池。11年後，1983，日本東芝研發出實用的Li/TiS2薄膜全固態鋰電池。此後，固態電池的研究壹直在進行。
值得註意的是，目前大多數固體電解質的電導率比電解質小10倍以上，這是壹個數量級。所以快充性能很有問題，很怕大電流。另外，固態電池要想超越目前電池體系的質量和能量密度，只需要實現鋰金屬負極的應用，難度相當大。
因此，固態電池的核心技術突破主要在高離子電導率的固體電解質材料技術和低阻抗固-固界面的制造技術。雖然固態電池具有安全性能好、能量密度高、循環壽命長等優點，但在汽車行業實現量產應用尚早。
比如目前固態電池的電池性能僅略好於液態電池(單體能量密度400Wh/kg)，循環壽命不高於500次。這次QuantumScape宣布充電次數可以達到800次。雖然這個數據很不錯，但應該還是只有實驗數據。
說完國外，說說中國。陳立泉院士是中國第壹個關註固態電池的人。根據他的敘述，1987年，中國科技部將固態鋰電池列為“863”計劃的第壹個重大課題。但是，按照當時的技術水平，這個任務顯然是“使命？不可能.
直到2012年，我國科技部再次將固態鋰電池列入十二五“863”計劃。2018年，中國科技部將動力與儲能用固態鋰電池列入國家重點研發計劃。
2019-12，工信部發布《新能源汽車產業發展規劃(2021-2035)》(征求意見稿)。在“實施電池技術突破行動”中，加快固態動力電池技術研發和產業化被列為“新能源汽車關鍵技術研究項目”。從這幾年的歷程也可以看出固態電池的技術有多難。
據智研咨詢2019發布的《2019-2025年中國全固態電池市場專項調查及發展趨勢分析報告》顯示，從全球範圍來看，目前日本和韓國在固態電池研發領域的專利技術較為先進。
從1990到2018，固態電池領域的專利公開數量為1926，其中全固態電池領域的專利數量達到871，約占45%。從地域上看，日本擁有916項固態電池專利，占比接近壹半，大幅領先。中國的專利是362？件。在全固態電池方面，日本擁有657項專利，占比75%，領先優勢更加明顯。在這方面，中國和韓國分別有專利？128?件，37？件。美國在全固態電池領域只有29項專利。
所以中國企業雖然聲量大，但真正的專利並不多。中國企業壹般很難持續投入固態電池的研究，有的更喜歡先“吹牛”。很多爆出來的結果都是講給投資人聽的，真正能落地的很少。這才是我們更需要理性看待的。
日本硫化物路線
再說另壹條主流路線。國產陶器和QuantumScape走氧化物路線，而日本？日本人和韓國人，走硫化物路線。
現在說的是固態電池，其固體電解質大致可以分為三類:無機電解質、固體聚合物電解質和復合電解質。目前業內主流有兩種，硫化物和氧化物，此外還有固體聚合物和薄膜。
雖然氧化物具有高安全性和易於生產的優點，但室溫下離子電導率的提高仍然是壹個世紀性的問題。高分子路線，雖然率先實現小規模量產，技術成熟，但類似於“壹個需要長期服用興奮劑的運動員”“出道就是巔峰”，沒有後續潛力，屬於邊緣化非主流。
硫化物路線是三條路線中技術難度最大的，但潛力巨大，受到日韓企業的追捧。但是，只有日韓公司能有耐心，好好學習。
豐田是硫化物技術的堅定支持者。通過多年的默默研究，豐田取得了壹定的成果。豐田原計劃在2020年東京奧運會上推出搭載硫化物固態電池的純電動汽車，並計劃在2022年實現量產。但受疫情影響，豐田推遲了首次亮相計劃。
然而，豐田汽車動力總成公司常務副社長兼電池產業總經理圭司？凱塔曾表示，豐田計劃在2025年前量產固態電池，能量密度是鋰電池的兩倍以上，充電效率更高。從零充滿電只需要15分鐘。
豐田在固體電解質材料方面的技術基礎來自於東京工業大學教授健野2011發明的硫化物固體電解質。其室溫離子電導率>:10-2S/cm(超越傳統有機電解質)。
經過十多年的研究，豐田不僅獲得了固體電解質材料和固體電池制造技術的專利，還開發了壹套陰極材料和硫化物固體電解質材料的技術路線和回收程序。這也是大眾汽車也急於大力投資固態電池的原因。對手太強了。
此外，三星和寶馬也在開發硫化物固態電池的技術。今年3月初，三星高級研究所(SAIT)和三星日本研究中心(SRJ)在《自然-能源》雜誌上聲稱，他們已經開發出了壹種高性能的全固態電池。這種電池的循環壽命超過65，438+0，000次，壹次充電可使電動汽車行駛800公裏。
去年三星也參與投資了Solid？權力.而寶馬2017起步，跟Soild壹樣？Power***壹起開發固態電池。硫化路線能否盡快出成果，也考驗著這些企業的耐力和實力。
但就豐田固態電池緩慢的制造工藝而言，我們知道距離量產還有很長的路要走。
豐田的固態電池必須在超幹無水環境下生產。它是在壹個叫“手套箱”的透明盒子裏制造的。工人通過緊緊嵌在箱子裏的橡膠手套把手伸進箱子裏。顯然，這還處於實驗室階段，離量產還很遠。
圭司？凱塔還謹慎地表示，豐田仍有望在2025年實現“有限數量”的產量。但由於生產規模小，初期成本會很高。所以在生產的最初幾年，這種固態電池的產量會很低。而且豐田的目標是這種電池在長時間使用(30年)後仍能保持90%的性能，這就使得這種電池的研發更加復雜。
綜合來看，目前各大車企都在加緊固態電池的研發和產業布局，而三星SDI、SKI、LG Chem、麻省固能SES、QuantumScape等也在固態電池領域不斷取得新的突破，不時會有新的成果。
包括匯能科技、贛鋒鋰業、陶青能源、萬向123、衛蘭新能源等國內企業也在建設固態電池生產線，部分甚至已經投產。2025年後下壹代動力電池的卡戰早已悄然開始。
但固態電池的實際應用前景似乎還在2025~2030年。任何過於樂觀的估計和預測，在現實面前都需要冷靜。
正如CICC分析的那樣，目前的鋰電池系統經過叠代可以達到800~1000km的續航，可以滿足需求。另外，在供應鏈和規模效應的配合下，到2025年可以實現燃油車和純電車的平價。壹方面，固態電池宣傳的1000~1400km的高續航能力有限，不如現實中充電網絡的便利性重要；另壹方面，固態電池的高成本也導致了5~10年的性價比不高。
固態電池的未來前景非常誘人。根據中銀國際的測算，2020年、2025年和2030年全球固態鋰電池需求預計將分別達到1.7 GWh、44.2GWh和494.9GWh，2030年全球固態電池市場空間預計將達到1.50億元以上。但記者認為，10年內，固態電池不會占優勢。
文/王曉曦
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