从风投角度看固态电池的未来！
锂电那些事今日第二条2024年12月17日 星期二 2024年10月24日，美国固态电池初创公司QuantumScape(简称QS)在最新发布的第三季度业务报告中，宣布已开始小批量生产并交付QSE-5固态电池B样产品给车企客户测试，具备超过840 Wh/L的体积能量密度和301Wh/kg的质量能量密度（0.2C），以及 15分钟从10%充电至80%的快充能力（平均2.8C）。 值得一提的是，作为无阳极固态锂金属电池，QSE-5的工作压力只有3.4atm, 远低于目前主流硫化物固态电池的工作压力。那么，QS这次交付的B样产品在技术上是否具备里程碑式的突破，其固态电池在风投 公司的角度来看是否值得关注，本文带您分析。一、QSE-5固态电池技术突破 本次QS宣布的是QSE-5 B样产品已经开始小批量生产并且交付客户测试，其技术核心笔者在此前的文章已经分析过，性能方面的亮点主要包括高比能，快充，长循环以及高安全等。1. 高比能: 本次QS详细纰漏了电池的体积和质量能量密度，分别为844Wh/L以及301Wh/kg。跟主流的磷酸铁锂LFP电池相比较（400Wh/L以及200Wh/kg）, 这两个数据貌似很高，但跟高比能的三元相比，却经不起推敲。尤其是采用高镍正极和硅碳负极的46大圆柱电池，在能量密度和快充性能上也都突飞猛进。比如正力新能上半年发布的骐龙电池，其电芯质量能量密度来到了306Wh/kg, 估计体积能量密度也会超过840Wh/L, 而且平均充电倍率也达到了3C。 此外，大圆柱电芯容量按照4695来算的话一般都超过35Ah.本次QS的B样电池容量只有5.6Ah（21.6Wh/3.84V=5.625Ah），也远低于大圆柱电芯的水平，这样来看，本次固态电池在能量密度上还不如成熟的大圆柱电池。 2. 快充性能: 今年5月份QS产品副总裁WillHudson公布了内部测试的Alpha 2样件的一些性能进展，比能量大约800Wh/L, 在快充能力上，支持4C倍率，25℃下大约12.5min从10-80%SOC，而在45℃下只需要10min。值得一提的是，Alpha 2电芯原本是6layer的，而这个快充测试的电芯只有1 layer，也就是一层的卡片电池。本次公布的B样QSE-5电池的快充水平果然是有所下降的，25℃下10-80%充电时间为15min,平均倍率2.8C左右，低于此前的3.4C. 可见电池容量做高后对于快充性能还是有影响的。按照6.2mAh/cm2的正极loading，3C充电的话锂金属沉积电流密度高达18.6mA/cm2, 远超常规锂金属电池的临界电流密度 (大约2mA/cm2)。目前报道最高的是另一家美国初创公司24M，在2024年初通过优化的电解液 EternalyteTM实现了高达20mA/cm2的电流密度。要么是QS也开发出了类似的电解液，要么就是在4C快充下这款电池的循环寿命不佳。当然了，通过施加压力，使锂金属接近液态也是提高临界电流密度的一种手段。3. 循环性能: 2023年10月25日， QS更新了A0样品在整车客户测试的电池数据（其实就是大众旗下的PowerCo测试的），按照C/3充电以及C/2放电的测试条件，100%SOC下循环1000次容量保持率还有95%，出人意料地好。这次并没有提到B样的循环性能，根据上文分析，除非有重大突破，否则这款电池在快充情况下的循环寿命不会太高。因为虽然这款电池是加压循环的，但是3.4atm的压力并不是特别大，不会将固态锂金属变为液态，对循环的改善幅度有限。4. 安全性能: QS在今年6月中旬公布了其锂金属固态电池的安全测试结果，采用24层极片设计的Prototype Alpha 2电芯。能够在60℃的初始温度下通过针 刺、过充、外短等测试，并且热安全的温度高达300℃。不过5Ah左右的电芯，哪怕是液态电池（比如目前智能手机的电池容量就在5Ah左右），也能概率性通过针 刺，过充等测试。热箱温度是个难点，QS电池200℃时电压已经降到0V, 开始有比较严重的鼓胀。不过其独特的外包装FlexFrame能够承受高温，阻碍了氧气的介入跟内部熔融锂金属的反应，这对于小电池的安全是十分有效的。整体而言，随着QS的固态电池样品越来越接近最终交付的形态，其性能方面的衰减越来越明显。在能量密度和快充方面已经逊色于46大圆柱电池，其快充下的循环寿命也未知。即便是安全有所改善，5Ah的容量还是捉襟见肘，不适合电动汽车上的应用。二、从风投角度看固态电池 上面主要是从技术角度来分析QS的固态电池，恰好两个多月前，在一个美国社区的一个直播上，TDK Ventures的工作人员Katherine He也从风投角度介绍了其对于固态电池的一些看法，值得我们去思考。TDK是3C电池龙头ATL的母公司，最早也持有CATL 宁德时代15%的股份。2015年受限于补贴政策，为了让CATL成为纯中资企业，以8900万人民币的价格把股份转让给了宁波联创。可见TDK跟锂电池产业渊源深厚，而且今年6月也已经开发出能量密度突破1000Wh/L的小型固态电池（不封装状态，封装后750Wh/L），所以旗下风投 公司TDK VENTURE对固态电池的看法具备代表性和参考价值。在那次直播中，谈到固态电池方向，TDK Venture的Katherine认为是一个“美好的梦想”。其最主要的问题并不在于性能上的突破，而在于连续量产时的制程和优率控制。根据她从QS内部工程师得到的信息，QS宣传的12层电池是可以制作出来的，但是代价非常大，需要涂覆12mile的固态电解质层才能挑选出合适的12片电解质层，因为存在固态电解质膜破裂的问题。按照本次公布的电池尺寸信息，单片电解质宽度65mm左右，按照24层电解质来计算，总宽度为1.56m. 计算电解质的优率为81ppm. 这个数值简直惊呆了下巴。一般而言，电池制造的缺陷率是ppm级别的，而QS的固态电池反其道行之，将制造优率干到了ppm级别。其成本之高基本抹杀掉了在安全层面的优势，而且也很难放大容量生产。不仅如此，He还提到，早在QS借壳上市时，其核心创始团队Founder Teams的股票就全部抛售了。即便今年以来QS与VW消息不断，He对此也并不认可。此外，TDK Venture跟很多其他固态电池创业公司也有接触，其中有很多在给Tesla送样，但是He认为Tesla并不会take it serious。因为在纯电动汽车中，电池成本的占比在30%甚至更高，抛开成本去谈性能和安全的提升就是“耍流氓”，只会是镜中花，水中月，一个“美好的梦想”罢了。 而且上文中提到过，目前固态电池的能量密度和快充能力话不如成熟的46大圆柱电池，Tesla和宝马等公司针对大圆柱电池在系统层级的安全已经进行了很好的防护，能够保证55℃下单电芯失效后没有热扩散（NTP=No Thermal Propagation），这样来看使用固态电池的必要性是什么呢？也许大圆柱和全固态，鱼和熊掌不可兼得，两者只能取其一吧。既然大圆柱已经风生水起，那么为何还要大力发展固态电池呢？这是因为全固态电池本身具备技术颠覆的潜力。欧阳明高院士在今年1月底中国全固态电池产学研协同创新平台成立大会上提到，“对于汽车技术而言，1%是很重要的市场份额，所以全固态电池的市占份额不需要替代到50%，替代1%就已经具有突破性意义。” 在液态电池技术全面领先的情况下，我们要为下一代电池提前布局，未雨绸缪，避免被其他国家弯道超车。话虽如此，全固态电池在技术上的难度非同小可，虽然国家在大力支持，资本在大力吹捧，媒体也在大力宣传，但是固态电池从业人员却步履维艰，进展缓慢。因为固态电解质本身就不太稳定，而且固固界面的接触很难维持，所以对生产环境要求很高，而且使用时要施加很大的压力（比如几十兆帕）。这里面唯一的变量就是在AI的兴起下，能够更快找到一些新的物质，带来性能上质的飞跃：比如清华大学张强团队已经开始利用AI来设计与验证新型电解液（张老师也是上汽全固态电池产业创新联合体成员，参考氧化物全固态电池靠谱吗？）。还有就是制造方面，一定要做到低成本，才能推广开来。特斯拉CEO马斯克清洁能源的愿景，也要靠低成本才能推动。这也许是特斯拉不会take 固态电池 serious的原因之一吧。况且全固态电池2026年才逐渐示范，2030才能大面积推广，而且主要在高端电动车领域(1%的市场份额即可，不苛求50%的主流市场)，不会影响整体电动化的进程。消费者也不必担心现有的电池体系会落后，本质上，只要综合性能够用，电是不区分来源的。当然，对于那些电池成本占比较低的应用场景，固态电池还是有希望一搏的，比如2022年日本日立造船实现了世界首次在太空中的全固态锂离子电池充放电，采用的电池型号为AS-LiB（140mAh型）。TDK的1000Wh/L的小容量固态电池，可达1000次循环，预计也将应用小型消费电子产品。而松下在2023年9月公开过一款全固态电池也打算率先在无人机上应用（非常小型的，不是载人的eVTOL）。 小结：虽然QS的固态电池产品已经进入B样阶段，并开始小批量生产交付用户，但是其电池放大后，在能量密度和快充能力方面都有所下降，且电解质的制造优率低至ppm级别，根本无法大规模量产。所以其电池大概率只会昙花一现，不会对目前主流的液态电池产生重大影响。即便是半固态电池，其量产也不容易。搭载固态电池的智己L6光年版原计划10月底装车交付，但目前还没消息，可能也是制造过程中遇到了问题。目前国内排名前十的动力电池企业，不一定都是研发最强的，但制造实力上一定不弱，不然大规模出货，如何保证不批量召回呢？在这一点上，QS和上汽清陶要走的路还很长。 锂电那些事免责声明 本公众 号部分内容来源于网络平台，小编整理，仅供学习与交流，非商业用途！对文中观点判断均保持中立，版权归原作者所有，如有报道错误或侵权，请尽快私信联系我们，我们会立即做出修正或删除处理。谢谢！ 来源：锂电那些事
