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    固态锂金属电池
    2021-04-04 13:02作者:管理员 来源:中全新能源

    当大家的注意力还停留在特斯拉和马斯克身上时,有一家电池公司「低调」上市了。 这就是「固态电池」研发企业QuantumScape. 10年前由斯坦福大学科学家Jagdeep Singh,Fritz Prinz和Tim Holme三人成立。

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    该公司在2020年11月初通过并购肯辛顿资本(Kensington Capital),以SPAC(特殊目的收购公司)方式进行上市(股票代码为QS)。 上市首日即受到市场追捧,首日涨幅超过36%kok手机APP-官方网站入口,12月初,在公司展示了其电池突破技术之后,股加速飙涨,到12月底,短短一个多月时间,该股市值已涨到超过「477亿美元」,较合并初始估值33亿美元涨幅超过「13倍」,超过了福特等汽车制造商,以及松下三星等电池巨头kok手机APP-官方网站入口。 这家在成立之初就吸引了大众和比尔·盖茨的投资kok手机APP-官方网站入口,虽然现在已经上市kok手机APP-官方网站入口,但未来「6年内」都不会有显著收益的电池公司为什么能受到如此追捧kok手机APP-官方网站入口?

    ▍QuantumScape固态锂金属电池

    QuantumScape是一家上市公司,更是一家研究机构。它的研究成果「固态锂金属电池」或能突破现有电动汽车锂电子离子电池的局限,实现更高的能量密度,15分钟80%快充,并且更安全。

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    传统的锂离子电池目前广泛用于智能手机、智能手表、电动汽车等领域kok手机APP-官方网站入口,并且占据主导地位kok手机APP-官方网站入口。 无论是正极三元高镍或NCA,负极采用石墨或者石墨/硅体系,锂离子电池的质量能量密度已到了天花板——300Wh/kg. 而要继续实现能量密度的突破,采用金属负极是一种可能,也就是「锂金属电池」,它的能量密度可以达到「500-600Wh/kg」。

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    对「固态电池」的研究迄今为止已经有45年了。锂离子电池共同发明人kok手机APP-官方网站入口、2019年诺贝尔化学奖得主Stanley Whittlingham也曾经试图发明固态电池。但在电解质方面一直没有重大突破。

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    锂金属电池所使用的的固态电解质材料体系繁多,性能各异,大体又可以分为有机物(聚合物)和无机物(硫化物和氧化物)两大类kok手机APP-官方网站入口,但是这些材料在满足快充kok手机APP-官方网站入口、循环、低温、成本等方面均存在巨大挑战。 而QuantumScape的「固态锂金属电池」通过「无负极」制造工艺和陶瓷材料的固态分离器实现了突破kok手机APP-官方网站入口。 「无负极」制造工艺,锂金属负极不是在电池制造过程中形成的kok手机APP-官方网站入口,而是在电池充电时,由锂离子在金属箔片聚集而形成的,且该过程可逆,能实现多次循环。 「无负极」直接去掉了石墨/硅的主体材料kok手机APP-官方网站入口,这样就能显著提高电池的体积能量密度至1000Wh/L,质量能量密度至500Wh/L; 消除了负极主体材料中锂离子的扩散瓶颈,实现了4C充电倍率kok手机APP-官方网站入口,15分钟80%的快速充电; 降低了负极界面的容量损失,延长了使用寿命(800次/90%); 降低了制造和原材料成本,总体成本相比于现在锂电池还降低了17%. 「固态锂金属电池」使用陶瓷材料的固态分离器代替了液态有机电解质以及多孔隔膜kok手机APP-官方网站入口。 其本身不可燃,起到了屏障的作用,即使在非常高的电流密度下,能抵抗负极锂枝晶的形成,解决了锂电池因枝晶而导致内短路的「业界难题」。 Stanley Whittlingham表示kok手机APP-官方网站入口kok手机APP-官方网站入口,制造固态电池最困难的部分是需要同时满足高能量密度、快速充电、长循环寿命和宽温度范围工作的要求kok手机APP-官方网站入口。 而QuantumScape的测试数据均满足这些要求,这是前所未有的。如果这项技术投入大规模生产kok手机APP-官方网站入口,它就有可能改变整个行业kok手机APP-官方网站入口。 「固态电池」如此颠覆,大众早就锁定了QuantumScape,2012年开始与QuantumScape合作,早期对后者投资超1亿美元并成为其最大的汽车股东kok手机APP-官方网站入口,2020年6月又追加投资至多2亿美元,3亿美元的投资占据QuantumScape23%的股份,现在市值近100亿美元。

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    2018年大众和QuantumScape又成立新的合资公司kok手机APP-官方网站入口,未来主要为大众集团生产工业级固态电池kok手机APP-官方网站入口,除了投资QuantumScape的固态电池,大众的电池布局还包括11亿欧元(约合人民币87.87亿元)入股国轩高科kok手机APP-官方网站入口,和头部企业宁德时代和韩国SK Innovation等电池厂商建立长期战略合作伙伴关系。 大众如此奋起直追kok手机APP-官方网站入口,那特斯拉岂不危矣? 马斯克在2020年第三季度的结果报告中表示,从节省电池空间的角度来看kok手机APP-官方网站入口,去除传统负极「并不像听起来那么好」。 马斯克的怀疑可能也与其自身的电池技术有关,这可能会使其比其他公司更难适应固态电解质。特斯拉使用由滚动电池组成的圆柱形电池kok手机APP-官方网站入口,而其竞争对手通常喜欢所谓的棱柱形电池,其中电池可以堆叠。因为固态电池比液态电池更易碎kok手机APP-官方网站入口,所以堆叠起来更容易。

    ▍特斯拉自研电池

    马斯克一直寻求特斯拉能够实现「电池自由」,据华尔街日报报道kok手机APP-官方网站入口,松下CEO津贺一宏经?;峤拥铰硭箍说牡缁盎蛘哂始ok手机APP-官方网站入口,「要求降低电池价格」kok手机APP-官方网站入口,但是只换来了对方「不排除提高电池售价可能性」的回复,津贺一宏甚至威胁称「我们会考虑把人员和设施全部撤出超级工厂」。

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    倒逼特斯拉不得不选择自建电池厂。 特斯拉的电池布局自2014年与松下合建超级工厂开始,一方面锁定产能,另一方面掌握电池生产制造中的核心技术; 2016年,处于锂电领域前沿的加拿大Jeff Dahn团队与其签约,为特斯拉提供前瞻性的研究成果; 2019年,特斯拉收购超级电容公司Maxwell以掌握干电极技术和超级电容技术; 同一年kok手机APP-官方网站入口,特斯拉在美国弗里蒙特建立自己的电池实验室和试生产线; 2020年,特斯拉启动代号为Roadrunner的电池项目。除此之外kok手机APP-官方网站入口,特斯拉与来自于中国kok手机APP-官方网站入口、澳大利亚、美国等矿厂巨头签订了协议,以保证原材料供应kok手机APP-官方网站入口。 2020年特斯拉的「电池日」kok手机APP-官方网站入口,宣布了从电芯设计、电芯生产工艺kok手机APP-官方网站入口、硅负极材料、高镍正极材料、电芯车辆集成化5各方面开发电池kok手机APP-官方网站入口,最终,马斯克认为这个方案能使电池成本减少56%,续航里程增加54%kok手机APP-官方网站入口,单位投资额减少69%。

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    至此,特斯拉一步步完成了从原材料布局、电池基础研发、电芯制造到产线建立所有工作。 后来的结果证明马斯克在电池日上描绘的蓝图,投资者并不买账,电池日结束后kok手机APP-官方网站入口,特斯拉收盘价应声跌落5%kok手机APP-官方网站入口。有分析师表示,这是因为特斯拉此前预热的100万英里(160万公里)循环寿命电池没有如期发布。

    ▍QuantumScape或特斯拉,2021年投资者都需要更有辨别力

    固态电池的承诺是除去液态电解质,同时也消除了着火的危险kok手机APP-官方网站入口。此外,QuantumScape等公司的固态电池体积进一步缩小,所提供的电力进一步增加kok手机APP-官方网站入口。这一点也至关重要: 电动汽车长期以来一直受到电池成本相对较高的制约kok手机APP-官方网站入口,这使得电动汽车比同类内燃机汽车更为昂贵。 英国的固态电池公司 Ilika 的首席执行官 Graeme Purdy 认为,让现在的大多数电动汽车电池工厂适应新技术破坏性不会太大,该公司正在与捷豹路虎合作,以确保平稳过渡。 但对特斯拉来说,可能就不一样了。这意味着,迄今为止一直是竞争优势的东西要变成竞争劣势了kok手机APP-官方网站入口。

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    如果特斯拉需要改变策略,它确实还有时间kok手机APP-官方网站入口。丰田目前可能拥有最先进的固态电池: 它计划在2020年东京奥运会上为原型车提供电力,这项计划推迟了一年kok手机APP-官方网站入口,不过丰田目标是到2025年大规模生产。但是这项技术最早也要到2020年代末才能与现在的电池在成本上一较高下。 QuantumScape的投资者正在玩一场「长线游戏」。QuantumScape一直到2026年都不会有实质性收入。而且现在也不能保证它的成果会胜过丰田和其他公司。上月公布的测试结果是针对「单层电池」的。而美国私营创业公司 Solid Power 已经在生产多层固态电池了。 专注电池行业的分析师Mark Newman指出kok手机APP-官方网站入口,「随着固态电池制造进入多层,制造业的挑战会呈指数级增长」。 特斯拉和 QuantumScape 等公司的「巨量估值」要求投资者放长眼光,同时也要考虑最坏的情况kok手机APP-官方网站入口。 但是,「如果」 QuantumScape成功了,特斯拉就可能成为最受打击的公司之一。 2020年,投资者几乎投注了所有与电动汽车有关的东西kok手机APP-官方网站入口。今年,他们需要更有辨别力。

     

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