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電池創新集團(BIG)現任CEO Brian Morin博士所創，發布于SeekingAlpha網站。同時他還擔任著擔任國家先進技術電池聯盟（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；

與固態電池相關的重大風險尚未克服；

他們可能永遠無法實現宣稱的性能。

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業績過程中面臨的重大挑戰是非常有趣的。在本文中，作者主要討論了與成功打造固態電池有關的技術問題。

QS固態電池技術解讀

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。我閱讀了數十篇研究論文，發現嘗試過的科學家有能力使一個或多個功能發揮作用，但他們為無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。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。快速充電速率下，固態電解質會產生枝晶。

技術過于夸大

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

功率：QuantumScape完成了車企指定的90秒1200次工況循環仿真，放電倍率是6C。其中9次循環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）循環測試中，電池損失了約10％的容量。這意味著電池只能持續260次FDOD循環或大約75,000英里的駕駛。PPT上有一條注釋，指出發生在3.4 atm，這可能意味著處于高壓狀態。

續航：在30攝氏度下以更溫和的1C / 1C循環，電池可以進行800次循環（即24萬英里）。這是一個相當數量的續航，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。基于電壓降、容量損失和低速率，我估計在寒冷的月份續航會損失50％至80％。另外，請注意，固態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，相當好，除了這些循環是在C/5充電和C/3放電下實現的。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

還有一些QuantumScape沒有提到的挑戰，這些挑戰在固態電池被應用之前必須被克服。而他們已經花費了3億美元，因此這些挑戰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電解質之間的界面不穩定，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（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。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。純鋰是僅次于鈹的第二高能元素，可以用作火箭燃料的成分（含氧化劑）。從本質上講，它們已經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，如果他們實現量產，產出將非常糟糕。

QS固態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，然后可能出現在手機中；

擴產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的固態電池能有什么期望？以下是一些可以實現的目標：

這種電池將在便攜式電子產品中流行；

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固態電池技術過于夸大？

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