這是「汽車人參考」第279篇原創文章
「推動智能電動汽車向前進」
行業心心念的電動汽車固態電池什麼時候量產？答案是2024年。
初創公司QuantumScape舉辦了線上電池展「Showcase」，首次對外披露了其固態電池測試數據，除管理層外，還邀請到了19年諾貝爾化學獎得主以及前特斯拉合伙人CTO站臺。
成立於2012年的QuantumScape，已得到了大眾、大陸、上汽等眾多車企的投資和背書，特別是與大眾建立了合資廠。
汽車人參考參加了這次線上會議，這裡為讀者全面分享有關固態電池的最新進展，全文邏輯Why-How-What。
1. 為什麼是固態電池（Why）
目前電動汽車用的鋰離子電池，無論是正極三元高鎳或NCA，負極採用石墨或者石墨/矽體系，質量能量密度已到了天花板（300Wh/kg）。
而要繼續實現能量密度的突破，採用金屬負極是其中一種可能，也就是鋰金屬電池，能量密度可以做到500-600Wh/kg的水平。
而鋰金屬電池需要用到固態電解質，它也是非常熱門的研究領域。
材料體系繁多，性能各異，大體又可以分為有機物（聚合物）和無機物（硫化物和氧化物）兩大類，但是這些材料在滿足快充、循環、低溫、成本等方面均存在巨大挑戰。
在過去的40年裡，還沒有一家公司能夠製造出能同時滿足這些要求的產品。
2. 無負極和固體分離器是核心（How）
汽車人參考認為，QuantumScape的固態電池主要由兩項核心技術組成：
一是「無負極」的製造工藝，鋰金屬負極不是在電池製造過程中形成的，而是在電池充電時，由鋰離子在金屬箔片聚集而形成的，且該過程可逆，能實現多次循環。
二是採用了陶瓷材料的固態分離器（Solid-State Separator），代替了液態有機電解質以及多孔隔膜。
3. 密度、倍率、壽命、成本、安全全方位突破（What）
「無負極」直接去掉了石墨/矽的主體材料，帶來的好處是非常明顯的：
1. 顯著提高電池的體積能量密度至1000Wh/L，質量能量密度至500Wh/kg；
2. 消除了負極主體材料中鋰離子的擴散瓶頸，實現了4C充電倍率，15分鐘從0至充至80%快速充電；
3. 降低了負極界面的容量損失，延長了使用壽命（800次/90%）；
4. 降低了製造和原材料成本，總體成本相比於現在鋰電池還降低了17%。
而另一個殺手鐧「固態分離器」，本身質地堅固且具有柔性。
它與傳統鋰電池正負極間的液體電解質一樣，主要功能是在電池充電和放電時將鋰離子從一端輸送到另一端。
同時，由於其本身不可燃，還起到了屏障的作用，即使在非常高的電流密度下，能抵抗負極鋰枝晶的形成，解決了鋰電池因枝晶而導致內短路的業界難題。
鋰離子電池的共同發明人、2019年諾貝爾化學獎得主Stanley Whittlingham表示，製造固態電池最困難的部分是需要同時滿足高能量密度、快速充電、長循環壽命和寬溫度範圍工作的要求。
QuantumScape的測試數據均滿足所有這些要求，這是以前從未報導過的。如果這項技術投入大規模生產，它就有可能改變整個行業。
4. 10年磨一劍（啟示）
在分享會上，QuantumScape稱自己花了10年的時間和3億美元研發費用，才找到了一個符合要求的"固態分離器"，期間經歷了超過200萬次的測試。
與之相比，我們做事情是不是太著急了？
而且QuantumScape表示，這種材料價格便宜，被大規模應用在其他領域，很容易買得到。
根據QuantumScape的時間表，其產品目前處於車企樣件測試階段，預計2024年中旬實現量產，產能為1GWh；而20GWh的產能將會在2026年中旬落地。
5. 汽車人參考點評
目前市場主流鋰離子電池系統已基本滿足能量密度（續航大於500公裡）、循環性（壽命12年）、安全（不起火爆炸）的市場要求。
QuantumScape固態電池最大的亮點在於快充以及比當前鋰離子電池更低的成本，而且原材料易於得到。
如果加上固態電池在能量密度、安全性上天然上的優勢，那麼這足以改變整個遊戲規則。
如果真的能在2025年前實現商業落地，必然對整個行業的發展有重大意義，而與之相配套的產業鏈可能會面臨洗牌和重構。
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