QuantumScape固態鋰金屬電池

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QuantumScape固態鋰金屬電池

新智元 發表於 2021-01-11 09:52:58

當大家的注意力還停留在特斯拉和馬斯克身上時，有一家電池公司「低調」上市了。  這就是「固態電池」研發企業QuantumScape. 10年前由史丹福大學科學家Jagdeep Singh，Fritz Prinz和Tim Holme三人成立。 

  該公司在2020年11月初通過併購肯辛頓資本(Kensington Capital)，以SPAC(特殊目的收購公司)方式進行上市（股票代碼為QS）。   上市首日即受到市場追捧，首日漲幅超過36%，12月初，在公司展示了其電池突破技術之後，股加速飆漲，到12月底，短短一個多月時間，該股市值已漲到超過「477億美元」，較合併初始估值33億美元漲幅超過「13倍」，超過了福特等汽車製造商，以及松下和三星等電池巨頭。  這家在成立之初就吸引了大眾和比爾·蓋茨的投資，雖然現在已經上市，但未來「6年內」都不會有顯著收益的電池公司為什麼能受到如此追捧？ 

▍QuantumScape固態鋰金屬電池

QuantumScape是一家上市公司，更是一家研究機構。它的研究成果「固態鋰金屬電池」或能突破現有電動汽車鋰電子離子電池的局限，實現更高的能量密度，15分鐘80%快充，並且更安全。  

  傳統的鋰離子電池目前廣泛用於智慧型手機、智能手錶、電動汽車等領域，並且佔據主導地位。   無論是正極三元高鎳或NCA，負極採用石墨或者石墨/矽體系，鋰離子電池的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，採用金屬負極是一種可能，也就是「鋰金屬電池」，它的能量密度可以達到「500-600Wh/kg」。  

  對「固態電池」的研究迄今為止已經有45年了。鋰離子電池共同發明人、2019年諾貝爾化學獎得主Stanley Whittlingham也曾經試圖發明固態電池。但在電解質方面一直沒有重大突破。  

  鋰金屬電池所使用的的固態電解質材料體系繁多，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。   而QuantumScape的「固態鋰金屬電池」通過「無負極」製造工藝和陶瓷材料的固態分離器實現了突破。   「無負極」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。   「無負極」直接去掉了石墨/矽的主體材料，這樣就能顯著提高電池的體積能量密度至1000Wh/L，質量能量密度至500Wh/L；   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80%的快速充電；   降低了負極界面的容量損失，延長了使用壽命（800次/90%）；   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%.   「固態鋰金屬電池」使用陶瓷材料的固態分離器代替了液態有機電解質以及多孔隔膜。   其本身不可燃，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」。   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。   而QuantumScape的測試數據均滿足這些要求，這是前所未有的。如果這項技術投入大規模生產，它就有可能改變整個行業。   「固態電池」如此顛覆，大眾早就鎖定了QuantumScape，2012年開始與QuantumScape合作，早期對後者投資超1億美元並成為其最大的汽車股東，2020年6月又追加投資至多2億美元，3億美元的投資佔據QuantumScape23%的股份，現在市值近100億美元。  

  2018年大眾和QuantumScape又成立新的合資公司，未來主要為大眾集團生產工業級固態電池，除了投資QuantumScape的固態電池，大眾的電池布局還包括11億歐元（約合人民幣87.87億元）入股國軒高科，和頭部企業寧德時代和韓國SK Innovation等電池廠商建立長期戰略合作夥伴關係。   大眾如此奮起直追，那特斯拉豈不危矣？   馬斯克在2020年第三季度的結果報告中表示，從節省電池空間的角度來看，去除傳統負極「並不像聽起來那麼好」。   馬斯克的懷疑可能也與其自身的電池技術有關，這可能會使其比其他公司更難適應固態電解質。特斯拉使用由滾動電池組成的圓柱形電池，而其競爭對手通常喜歡所謂的稜柱形電池，其中電池可以堆疊。因為固態電池比液態電池更易碎，所以堆疊起來更容易。  

▍特斯拉自研電池

馬斯克一直尋求特斯拉能夠實現「電池自由」，據華爾街日報報導，松下CEO津賀一宏經常會接到馬斯克的電話或者郵件，「要求降低電池價格」，但是只換來了對方「不排除提高電池售價可能性」的回覆，津賀一宏甚至威脅稱「我們會考慮把人員和設施全部撤出超級工廠」。  

  倒逼特斯拉不得不選擇自建電池廠。   特斯拉的電池布局自2014年與松下合建超級工廠開始，一方面鎖定產能，另一方面掌握電池生產製造中的核心技術；   2016年，處於鋰電領域前沿的加拿大Jeff Dahn團隊與其籤約，為特斯拉提供前瞻性的研究成果；   2019年，特斯拉收購超級電容公司Maxwell以掌握乾電極技術和超級電容技術；   同一年，特斯拉在美國弗裡蒙特建立自己的電池實驗室和試生產線；   2020年，特斯拉啟動代號為Roadrunner的電池項目。除此之外，特斯拉與來自於中國、澳大利亞、美國等礦廠巨頭籤訂了協議，以保證原材料供應。   2020年特斯拉的「電池日」，宣布了從電芯設計、電芯生產工藝、矽負極材料、高鎳正極材料、電芯車輛集成化5各方面開發電池，最終，馬斯克認為這個方案能使電池成本減少56%，續航裡程增加54%，單位投資額減少69%。  

  至此，特斯拉一步步完成了從原材料布局、電池基礎研發、電芯製造到產線建立所有工作。   後來的結果證明馬斯克在電池日上描繪的藍圖，投資者並不買帳，電池日結束後，特斯拉收盤價應聲跌落5%。有分析師表示，這是因為特斯拉此前預熱的100萬英裡（160萬公裡）循環壽命電池沒有如期發布。  

▍QuantumScape或特斯拉，2021年投資者都需要更有辨別力

固態電池的承諾是除去液態電解質，同時也消除了著火的危險。此外，QuantumScape等公司的固態電池體積進一步縮小，所提供的電力進一步增加。這一點也至關重要: 電動汽車長期以來一直受到電池成本相對較高的制約，這使得電動汽車比同類內燃機汽車更為昂貴。   英國的固態電池公司 Ilika 的執行長 Graeme Purdy 認為，讓現在的大多數電動汽車電池工廠適應新技術破壞性不會太大，該公司正在與捷豹路虎合作，以確保平穩過渡。   但對特斯拉來說，可能就不一樣了。這意味著，迄今為止一直是競爭優勢的東西要變成競爭劣勢了。  

  如果特斯拉需要改變策略，它確實還有時間。豐田目前可能擁有最先進的固態電池: 它計劃在2020年東京奧運會上為原型車提供電力，這項計劃推遲了一年，不過豐田目標是到2025年大規模生產。但是這項技術最早也要到2020年代末才能與現在的電池在成本上一較高下。   QuantumScape的投資者正在玩一場「長線遊戲」。QuantumScape一直到2026年都不會有實質性收入。而且現在也不能保證它的成果會勝過豐田和其他公司。上月公布的測試結果是針對「單層電池」的。而美國私營創業公司 Solid Power 已經在生產多層固態電池了。   專注電池行業的分析師Mark Newman指出，「隨著固態電池製造進入多層，製造業的挑戰會呈指數級增長」。   特斯拉和 QuantumScape 等公司的「巨量估值」要求投資者放長眼光，同時也要考慮最壞的情況。   但是，「如果」 QuantumScape成功了，特斯拉就可能成為最受打擊的公司之一。  2020年，投資者幾乎投注了所有與電動汽車有關的東西。今年，他們需要更有辨別力。  

責任編輯：lq

 

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