本譯文原文由Soteria電池創(chuàng)新集團(tuán)(BIG)現(xiàn)任CEOBrianMorin博士所創(chuàng)，公布于SeekingAlpha網(wǎng)站。同時他還擔(dān)任著擔(dān)任國家先進(jìn)技術(shù)電池聯(lián)盟（NationalAllianceforAdvancedTechnologyBatteries）的董事和副總裁。

BrianMorin擁有俄亥俄州立大學(xué)材料物理學(xué)博士學(xué)位，在分子磁體、塑料添加劑、高級纖維和鋰電池等領(lǐng)域撰寫了250多項(xiàng)全球?qū)＠暾垺?/p>

先說結(jié)論：QuantumScape的科學(xué)研究非常出色；但是他們的電池體積小且未相關(guān)經(jīng)驗(yàn)證尚未達(dá)到iWatch電池的大小，并且從未在實(shí)驗(yàn)室外進(jìn)行過測試；和固態(tài)電池相關(guān)的重大風(fēng)險尚未克服；他們可能永遠(yuǎn)無法實(shí)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?nèi)〉玫某晒σ约盀樵趯?shí)現(xiàn)業(yè)績過程中面對的重大挑戰(zhàn)是非常有趣的。在本文中，作者重要討論了和成功打造固態(tài)電池有關(guān)的技術(shù)問題。

QS固態(tài)電池技術(shù)解讀

首先，要強(qiáng)調(diào)的一點(diǎn)是，制造一款能夠滿足實(shí)際應(yīng)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(shí)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(xué)家有能力使一個或多個功能發(fā)揮用途，但他們?yōu)闊o法打造出一款動力鋰電池的完成品而道歉，并隨即提出今后面對的挑戰(zhàn)。下面是QuantumScape技術(shù)的解讀，到目前為止包含：

電解質(zhì)：一種位于正負(fù)極之間的自支撐稀薄固態(tài)電解質(zhì)。盡管我們了解的不多，但它確實(shí)供應(yīng)了一些相關(guān)的性能。

軟包電芯：正常工作的單層軟包鋰電池，尺寸為70*85mm，單位面積容量為3.2mAh/cm2，總?cè)萘坑?90mAh。相比之下，iWatch電池容量為205mAh，iPhone12Pro電池為3,768mAh。因此，它要12塊軟包鋰電池為手機(jī)供電，要為一輛TSLA供應(yīng)能量要10萬塊。

鋰金屬負(fù)極：使用一層薄鋰金屬負(fù)極，有助于實(shí)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)。快速充電速率下，固態(tài)電解質(zhì)會出現(xiàn)枝晶。

技術(shù)過于夸大

他們的固態(tài)電池在如下領(lǐng)域里算得上成功，因?yàn)橄啾冗^去的固態(tài)電池要好得多。但是關(guān)于現(xiàn)實(shí)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?fù)p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3.4atm，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(jìn)行800次循環(huán)（即24萬英里）。這是一個相當(dāng)數(shù)量的續(xù)航，但并不比今天路面上的車輛好。

低溫運(yùn)行：它們展示了0到-30攝氏度下的放電曲線，有效比容量達(dá)到90-130mAh/g。和NMC811200Ah/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(jì)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，假如在更低的溫度下運(yùn)行，30至45度條件下進(jìn)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(dāng)好，除了這些循環(huán)是在C/5充電和C/3放電下實(shí)現(xiàn)的。因此，不是在15分鐘內(nèi)充電80％，而是在15分鐘內(nèi)充電5％。

能量密度：他們談?wù)撃軌蜻_(dá)到400Wh/kg的能量密度，這非常不錯的。但是，他們顯然還沒有達(dá)成，因?yàn)闇y試圖表中都是用百分比顯示，而不是實(shí)際容量。Amprius正在打造450Wh/kg能量密度的電芯，TSLA在電池日上宣稱他們電池的能量密度可以達(dá)到350Wh/kg。因此，QS希望在2028年達(dá)到的能量密度不會超過當(dāng)今的最新水平，并且在達(dá)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(yīng)用之前必須被克服。而他們已經(jīng)花費(fèi)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(yīng)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(zhì)的事實(shí)。這些包括：

多層電芯：他們無法制造多層電芯。我的預(yù)期是，這是由于正極和固態(tài)電解質(zhì)之間的界面不穩(wěn)定，前者在放電時會膨脹多達(dá)10％，后者根本不會膨脹。它們可能會在高等靜壓力下進(jìn)行循環(huán)（還記得前面提到的3.4atm嗎？），該壓力不會流到內(nèi)層。內(nèi)層也將受到更嚴(yán)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，10萬個小軟包鋰電池永遠(yuǎn)不會用于實(shí)際車輛。在這里必須提到的重要一點(diǎn)是，假如你的技術(shù)可行，制作多層軟包鋰電池會非常輕松。

振動和枝晶：電解質(zhì)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(zhì)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(shí)驗(yàn)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(yán)重，枝晶會新增。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(dǎo)致電池爆炸。

鋰金屬易燃：他們吹捧使用鋰金屬來新增能量密度，但是他們沒有提到鋰金屬會在179攝氏度下自燃，出現(xiàn)200-300kJ/mol或30-40kJ/g的大量能量大約是鋰電池所含碳酸亞乙酯的三倍。純鋰是僅次于鈹?shù)牡诙吣茉兀梢杂米骰鸺剂系某煞郑ê趸瘎谋举|(zhì)上講，它們已經(jīng)取代了燃燒的隔膜和電解液，使負(fù)極更加易燃。電池中有足夠的能量將鋰提高到其自燃溫度。假如暴露在氧氣或水中，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(shí)際上僅消除了最便宜的一種成分-石墨。他們要新增制造薄陶瓷電解質(zhì)并在高溫下燒結(jié)的成本。我的猜測是，假如他們實(shí)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(rèn)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(shí)現(xiàn)的要低；它可能會首先應(yīng)用于手表和可穿戴設(shè)備中，然后可能出現(xiàn)在手機(jī)中；擴(kuò)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(yán)格的汽車級應(yīng)用環(huán)境；它會比今天的鋰電池貴得多，并且永遠(yuǎn)不會比當(dāng)代鋰電池成本更低；一旦制造出合適的電池尺寸，它可能不會比當(dāng)今的鋰電池更安全。

對QS的固態(tài)電池能有什么期望？以下是一些可以實(shí)現(xiàn)的目標(biāo)：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供應(yīng)能量存儲。