自2008年锂电池应用于新能源汽车以来,动力电池的能量密度已经由最初的100Wh/kg提高到250Wh/kg。当前技术体系下,动力电池能量密度无法一直提升,能量密度和安全是博弈的两端。

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销售额为0,市值超过1000亿元,这不是神话,而是一家美国固态电池企业Quantum Scape(简称QS)创造的奇迹。

这家企业在2020年11月借壳上市,登陆美国纽交所,股价最高时,市值一度超过3000亿元,被股民称为电池领域的一支妖股。

QS为何如此受资本追捧?固态电池的时代来了吗?产业化真实进展究竟如何?

资本狂欢的背后

锂电池是打开电动车时代大门的钥匙。

自2008年锂电池应用于新能源汽车以来,动力电池的能量密度已经由最初的100Wh/kg提高到250Wh/kg。当前技术体系下,动力电池能量密度无法一直提升,能量密度和安全是博弈的两端。

这两年,频发的电动车起火事故正敲响警钟,动力电池能量密度正在迫近极限。行业普遍认为,300Wh/kg的能量密度将是液态电解质锂电池的天花板。

而固态电池正是打破限制,让电池能量密度、安全性更上一层楼的关键。QS高市值的背后,是市场对下一代动力电池技术的期待。

这家成立于2010年的初创公司,得到了大众集团、上汽集团、大陆集团和比尔·盖茨等优质资本的支持,被认为是最接近量产的固态电池创新企业。

固态电池核心技术难点在于电解质。

电解质是锂离子传输的重要媒介,对电池性能至关重要。目前,市场上主流的固态电池按电解质的不同可分为三种类型:聚合物、硫化物和氧化物。基于不同技术体系的固态电解质材料,各具优势和挑战。

其中,氧化物材料的柔韧性比较差,界面接触较差,会导致界面阻抗增加;聚合物则存在着导电率过低的问题,比现在液态电解质的导电率低4-5个数量级;硫化物固态电池则面临电解质对空气敏感、制造条件苛刻、原材料昂贵、规模化生产技术不成熟等问题。

QS声称,他们已经解决了电解质难题。2015年左右,QS发现了一种可以规避上述种种弊端的材料,并花费5年时间来研究如何有效生产这种材料。按照QS的表述,这种材料已经被生产出来,从根本上解决了阻碍固态电池商业化的基础科学难题。

目前,QS以担心被竞争对手窃取为由,拒绝详细透露其固态电解质材料。

尽管如此,电池专家、前特斯拉联合创始人J.B. Straubel给予了QS极高的评价:“Quantum Scape有机会重新定义电池行业。”

然而,想重新定义电池行业不止QS一家。在这场角逐中,传统电池巨头、车企、初创电池企业都牟足了劲。

行业普遍分析,2025年将是固态电池真正落地的关键时间点。从公开透露信息来看,有三家企业表态最为强势,除了QS以外,另外两家分别为辉能科技和丰田汽车。

抢滩2025

争夺最早落地时间点,QS将量产时间定在2024年,并表示将与大众集团成立合资企业生产固态电池,并为其电动车供应电池。

今年1月,QS公司在社交媒体上披露,其固态电池产品能量密度超过1000Wh/L,完成近1100次的循环测试,仍可保持80%以上的容量。

“我们是第一个解决固态问题的人,没有其他固态系统可以接近这个”,QS创始人Jagdeep Singh在一次采访中自信的表示。

辉能科技正在直面挑战这份自信。这是一家来自中国台湾的创新公司,称其技术要领先QS七年。

不同于QS对电解质技术的保守,辉能科技透露,其选择的技术路线是氧化物体系,正极和负极则同QS一样,分别采用三元材料和金属锂。

辉能科技表示,其原型电池已经制造出来,质量能量密度达到383Wh/kg,体积能量密度为1025Wh/L,循环测试可以做到500次。

关于量产计划,辉能科技也与QS相近,预定在2023年进行试产,2024年量产。与辉能科技公开合作的企业有4家,一汽、天际、蔚来以及爱驰。

从两家企业公布的信息来看,产品性能、量产时间都非常接近。辉能科技叫板QS是噱头还是实力?还有待观察。目前,能明显看出辉能科技领先的部分,是其生产线的建设进程。

辉能科技已经确定在浙江杭州的青山湖科技城选址建厂,该项目计划总投资380亿元,累计产能7GWh,预计今年6月前完成1GWh的产线建设。

按照辉能科技的说法,其本身技术准备和验证已经问题不大,后续主要解决产线建设以及供应链体系成熟的问题。

固态电池的量产需要经历实验室-小试-中试-量产等环节。辉能科技认为,其他企业多数处于小试、中试阶段,而其本身已经走到规模量产阶段。

同时,这家狂傲的企业判断,丰田汽车在固态电池领域的布局要远快于QS等其他企业,但也与之有四年的差距。

丰田是业内公认在固态电池领域最有实力的玩家之一。追溯其布局时间来看,丰田最早提出相关动态是在2008年,与固态电池初创企业Ilika展开合作。

2014年,丰田宣布其正在进行固态电池开发工作,并拥有最多的技术专利。2017年,丰田宣布与松下携手,表示双方将在固态电池研发方面进行长期且深入的合作。

围绕动力电池领域的合作,丰田与松下还成立了一家合资公司Prime Planet Energy&Solutions Inc.,前后者持股比例为51:49。这家合资公司在2020年4月份开始运营,现在有大约5100名员工。

丰田采用的是硫化物技术路线,原本计划在2020年东京奥运会展示固态电池研发成果。受疫情影响,不得不将计划推迟到2021年。

尽管没有透露具体数据,丰田表示,已经按照计划成功制造出固态电池的样品,且安装到概念车上,希望成为全球首家量产搭载固态电池汽车的厂商,计划于2021年推出原型车,2025年左右开始量产。

改良技术竞赛

从三家领跑的企业来看,普遍将固态电池量产时间设定在2025年左右。而那些即将在2021年、2022年量产的说法从何而来?

2021年1月,蔚来汽车在NIO Day上宣布,将在2022年发布一款单体能量密度达360Wh/kg的固态电池包产品。

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