摘要

它會比今天的鋰離子電池貴得多，并且永遠不會比當代鋰離子電池成本更低。

本譯文原文由Soteria電池創(chuàng)新集團(BIG)現(xiàn)任CEO Brian Morin博士所創(chuàng)，發(fā)布于SeekingAlpha網(wǎng)站。同時他還擔任著擔任國家先進技術電池聯(lián)盟（National Alliance for Advanced Technology Batteries）的董事和副總裁。

Brian Morin擁有俄亥俄州立大學材料物理學博士學位，在分子磁體、塑料添加劑、高級纖維和鋰離子電池等領域撰寫了250多項全球專利申請。

先說結論：

QuantumScape的科學研究非常出色；

但是他們的電池體積小且未經(jīng)驗證——尚未達到iWatch電池的大小，并且從未在實驗室外進行過測試；

與固態(tài)電池相關的重大風險尚未克服；

他們可能永遠無法實現(xiàn)宣稱的性能。

考慮到QuantumScape最近的IPO以及隨后的股價上漲，討論他們取得的成功以及為在實現(xiàn)業(yè)績過程中面臨的重大挑戰(zhàn)是非常有趣的。在本文中，作者主要討論了與成功打造固態(tài)電池有關的技術問題。

QS固態(tài)電池技術解讀

首先，要強調的一點是，制造一款能夠滿足實際應用對各種速率和工作溫度需求的固態(tài)電池很難——非常、極其的難。實際上，難到至今為止沒有做出來的。我閱讀了數(shù)十篇研究論文，發(fā)現(xiàn)嘗試過的科學家有能力使一個或多個功能發(fā)揮作用，但他們?yōu)闊o法打造出一款動力電池的完成品而道歉，并隨即提出今后面臨的挑戰(zhàn)。下面是QuantumScape技術的解讀，到目前為止包含：

電解質：一種位于正負極之間的自支撐稀薄固態(tài)電解質。盡管我們了解的不多，但它確實提供了一些相關的性能。

軟包電芯：正常工作的單層軟包電池，尺寸為70 * 85 mm，單位面積容量為3.2 mAh/cm2，總容量有190mAh。相比之下，iWatch電池容量為205mAh，iPhone 12 Pro電池為3,768 mAh。因此，它需要12塊軟包電池為手機供電，要為一輛特斯拉提供能量需要10萬塊。

鋰金屬負極：使用一層薄鋰金屬負極，有助于實現(xiàn)高能量密度……總有一天。

快速充電：15分鐘充滿80%，是一個很大的挑戰(zhàn)?？焖俪潆娝俾氏?，固態(tài)電解質會產(chǎn)生枝晶。

技術過于夸大

他們的固態(tài)電池在如下領域里算得上成功，因為相比過去的固態(tài)電池要好得多。但是對于現(xiàn)實世界的電動汽車，它們是完全不被接受的。

功率：QuantumScape完成了車企指定的90秒1200次工況循環(huán)仿真，放電倍率是6C。其中9次循環(huán)工程中完成完全放電，然后電池被加熱到45度，在15分鐘完成80% SOC。在130次全放電深度（FDOD）循環(huán)測試中，電池損失了約10％的容量。這意味著電池只能持續(xù)260次FDOD循環(huán)或大約75,000英里的駕駛。PPT上有一條注釋，指出發(fā)生在3.4 atm，這可能意味著處于高壓狀態(tài)。

續(xù)航：在30攝氏度下以更溫和的1C / 1C循環(huán)，電池可以進行800次循環(huán)（即24萬英里）。這是一個相當數(shù)量的續(xù)航，但并不比今天路面上的車輛好。

低溫運行：它們展示了0到-30攝氏度下的放電曲線，有效比容量達到90-130 mAh/g。與NMC811 200 Ah/kg的有效比容量相比，它的可用電流為室溫容量的45-65％，但會伴隨著明顯的電壓降?；陔妷航?、容量損失和低速率，我估計在寒冷的月份續(xù)航會損失50％至80％。另外，請注意，固態(tài)電池對溫度非常敏感。因此，如果在更低的溫度下運行，30至45度條件下進行的功率和循環(huán)測試會變得更加糟糕。

低溫壽命：它們在-10攝氏度下顯示100次左右的循環(huán)，相當好，除了這些循環(huán)是在C/5充電和C/3放電下實現(xiàn)的。因此，不是在15分鐘內充電80％，而是在15分鐘內充電5％。

能量密度：他們談論能夠達到400 Wh/kg的能量密度，這非常不錯的。但是，他們顯然還沒有達成，因為測試圖表中都是用百分比顯示，而不是實際容量。Amprius正在打造450Wh/kg能量密度的電芯，特斯拉在電池日上宣稱他們電池的能量密度可以達到350Wh/kg。因此，QS希望在2028年達到的能量密度不會超過當今的最新水平，并且在達到這一水平時也不會成為最高水平。

那些被隱藏掉的挑戰(zhàn)

還有一些QuantumScape沒有提到的挑戰(zhàn)，這些挑戰(zhàn)在固態(tài)電池被應用之前必須被克服。而他們已經(jīng)花費了3億美元，因此這些挑戰(zhàn)并不是他們沒有足夠的資源來應對，而是他們尚未解決，不得不保持沉默。其中許多挑戰(zhàn)來自他們使用的陶瓷電解質的事實。這些包括：

多層電芯：他們無法制造多層電芯。我的預期是，這是由于正極和固態(tài)電解質之間的界面不穩(wěn)定，前者在放電時會膨脹多達10％，后者根本不會膨脹。它們可能會在高等靜壓力下進行循環(huán)（還記得前面提到的3.4 atm嗎？），該壓力不會流到內層。內層也將受到更嚴格的約束，因此會在循環(huán)中遭受界面腐蝕的影響。毋庸置疑，10萬個小軟包電池永遠不會用于實際車輛。在這里必須提到的重要一點是，如果你的技術可行，制作多層軟包電池會非常輕松。

振動和枝晶：電解質非常非常硬。有充分的記錄表明，枝晶不會通過固體單晶石榴石電解質生長。但是，它們在晶粒邊界和缺陷處自由生長。在全新的、溫度和壓力受控且無振動的實驗室中，他們可以使電芯循環(huán)。但是在SUV粗獷的駕駛模式下或在南卡羅來納州糟糕的道路上，裂縫等問題將變得更嚴重，枝晶會增加。在最好的情況下，這會破壞循環(huán)壽命，在最壞的情況下，會導致電池爆炸。

鋰金屬易燃：他們吹捧使用鋰金屬來增加能量密度，但是他們沒有提到鋰金屬會在179攝氏度下自燃，產(chǎn)生200-300 kJ/mol或30-40 kJ/g的大量能量——大約是鋰離子電池所含碳酸亞乙酯的三倍。純鋰是僅次于鈹?shù)牡诙吣茉?，可以用作火箭燃料的成分（含氧化劑）。從本質上講，它們已經(jīng)取代了燃燒的隔膜和電解液，使負極更加易燃。電池中有足夠的能量將鋰提高到其自燃溫度。如果暴露在氧氣或水中，它可能會自行燃燒。正極材料中有大量氧氣可用。

成本：他們聲稱成本較低，但實際上僅消除了最便宜的一種成分-石墨。他們需要增加制造薄陶瓷電解質并在高溫下燒結的成本。我的猜測是，如果他們實現(xiàn)量產(chǎn)，產(chǎn)出將非常糟糕。

QS固態(tài)電池最終將用于何處？

鑒于他們迄今為止的成功和獲得的資本，我認為QuantumScape將成功地把電池推向市場。然而，

它的能量密度將比Amprius如今實現(xiàn)的要低；

它可能會首先應用于手表和可穿戴設備中，然后可能出現(xiàn)在手機中；

擴產(chǎn)所需的時間比他們想象的要長得多，并且成本要高得多；

它將無法承受更嚴格的汽車級應用環(huán)境；

它會比今天的鋰離子電池貴得多，并且永遠不會比當代鋰離子電池成本更低；

一旦制造出合適的電池尺寸，它可能不會比當今的鋰離子電池更安全。

對QS的固態(tài)電池能有什么期望？以下是一些可以實現(xiàn)的目標：

這種電池將在便攜式電子產(chǎn)品中流行；

這些電池可以為城市提供能量存儲。

責任編輯：xj

原文標題：【科達利?媒體視點】QuantumScape固態(tài)電池技術過于夸大？

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