文 | 韓永昌
編輯 | 李勤
固态電池再起風波。1 月 5 日,美股固态電池妖股 QuantumScape(以下簡稱 QS)瘋漲 43.09%。
原因是在此之前,大衆宣布 QS 的固态電池産品通過 PowerCo(大衆的電池子公司)的耐久性測試," 實現了 1000 多次充電循環,容量仍超過 95%。"
這個成績的确驚人。就當下成熟的三元锂電池而言,通常也隻能做到充放電循環 800-1200 次之後,衰減 20%。這也是 QuantumScape 股價提振的原因。
就在 QS 股價暴漲兩天前,日本電池企業麥克賽爾也宣稱開發出了圓柱形全固态電池,容量可以達到 200 毫安時,樣品最早于 2024 年 1 月出貨。
固态電池又一次站上風口浪尖,即便是跌跌不休的 A 股市場,固态電池闆塊也在 1 月 6 日迎來了大漲潮,相關概念股紛紛飄紅漲停。
固态電池作爲下一代電池技術,其續航裏程可以輕松超過千公裏,并且充電倍率、循環壽命等都可以對現有産品形成全面碾壓。
更重要的是,液态電池與固态電池最大的區别是使用液态電解質還是固态電解質。常規的液态電解質(電解液)可燃性極高,隻要開始燃燒基本沒有停止的可能。而固态電解質将電解液取代,徹底解決了易燃的問題,因此固态電池也被視爲電池安全的最高水平。
當下,動力電池也已經随着锂價下跌、産能過剩與價格戰等多重因素,回歸到比拼制造業最根本的邏輯,成本與規模。電動化技術的突破已經出現明顯的節奏放緩,電池技術的微調已經不能成爲車企的主要賣點。
行業需要新的故事來提振士氣,固态電池這樣一種幾乎毫無短闆,且可以帶來颠覆性變化的電池技術,自然義不容辭。
從蔚來發布 150 度半固态電池包,到豐田宣布 2027 年量産固态電池,再到今天 QS 的産品通過大衆耐久性測試,固态電池的消息一番接着一番,但 " 狼來了 " 的故事,終究會引起市場與行業的疲憊。
QuantumScape" 虛驚一場 "
想理解故事始末,要先從 QuantumScape 這家公司說起。
隻專注于固态電池技術研發的 QS 成立于 2010 年,比甯德時代還早上一年。經曆了多輪融資後,大衆成爲該公司第一大股東。
2020 年,QS 通過 SPAC 在美股上市,市值最高峰超過 477 億美元,比目前理想汽車的美股市值還要高出近百億美元。
但 36 氪 PowerOn 梳理發現,成立十三年來,QS 并沒有任何一種可以在電動汽車上銷售的産品問世。
本次引起 QS 股價暴漲 43% 的消息來自于大衆官網,大衆宣布,QS 的固态電池第一次通過了 PowerCo(大衆的電池子公司)的耐久性測試。
原文寫到:QS 的固态電池在超過 1000 次充放電循環後,仍能保持 95% 以上的容量。根據不同的車型,這可以讓一輛電動汽車行駛超過 50 萬公裏仍沒有明顯的電池電量衰減。
PowerCo 首席執行官 Frank Blome 認爲," 這是固态電池批量生産道路上的裏程碑。" 然而,原文也明确指出,該産品僅爲 A 樣。
大衆官網披露的原文
一般來講,一款全新電池産品想要量産上車,前期要經曆 A 樣、B 樣、C 樣、D 樣四個階段。A 樣階段主要用來驗證電芯材料的體系,還處于概念階段,而 B 樣才會開始進行電芯設計,确定電芯的規格、容量、封裝形式等,并進入樣車進行測試,C 樣爲小批量生産,D 樣爲大批量生産。
舉個例子,如果一款量産裝車的動力電池産品可以看做是一個成年人,那 A 樣僅僅是步入小學階段。
一位固态電池工程師告訴 PowerOn,從 A 樣到最終裝車,如果有成熟的平台體系會非常快,但如果是全新開發,要綜合考慮技術的複雜程度,工程難度等等因素," 花上三到五年也很正常 "。
以理想的 5C 電池作爲類比,該電池的開發周期整整三年,這還是基于甯德時代完善的電池配方以及強大的制造體系,在已經十分成熟的液态電池上推陳出新的結果。而全固态電池,其材料、配方、制造等均是全新的環節,量産難度要遠遠超過 5C 電池,時間跨度也要更長。
如果 A 樣的階段就足以 " 振奮人心 ",押注锂金屬路線的美國電池公司 SES AI Corporation ( 以下稱 SES ) 早在 2021 年就發布了全球第一個車規級锂金屬電池 A 樣品,該産品能量密度可以達到 417 Wh/kg,并陸續與現代、通用、本田簽署了 A 樣聯合開發協議。
SES 與 QS 的技術路線大概吻合,都是正極采用高鎳三元材料,負極采用锂金屬,但區别在于 SES 的目标直指量産,使用了固液混合電解質(半固态),而 QS 則堅持使用全固态電解質。
2023 年 12 月 13 日,SES 繼續宣布已與三家車企中的一家達成锂金屬電池 B 樣品協議。SES 的锂金屬半固态産品從 A 樣到 B 樣就已經花費了兩年的時間,而在量産上更爲困難的全固态電池,顯然要走上更長的路。
當然,不可否認 QS 的 A 樣産品通過耐久性測試展示出了固态電池最真實的量産進度,這幾乎也是行業中唯一一家宣布全固态電池量産具體進度的公司,但這樣的進度距離商業化應用,還有太長的路要探索。
固态電池量産之難
動力電池的生産從來都不在朝夕之間。任何一種電池技術想要大規模量産都要邁過三道天塹:穩定的配方,低廉的成本和成熟的制造工藝。
電池的核心技術在于配方,配方決定了電池的能量密度,循環壽命,安全性能等。從電池配方出發,固态電池的技術路線分爲三條,氧化物、聚合物、硫化物。三種路線各有優劣,但綜合來看,氧化物做的公司最多,硫化物綜合性能最好,技術上也最難。
QS 是選擇氧化物路線的代表,這一路線的主要問題是氧化物電導率低。大衆給出的 QS 固态電池 A 樣報告僅說明了循環壽命與容量保持率,對于更多的數據,如倍率性能、能量密度、低溫性能、安全性等并未披露。
由于全固态電池的量産難度太大,離我們更近的是北京衛藍的氧化物半固态電池,該電池已經裝在一輛蔚來 ET7 上并且由李斌直播實測了 14 個小時,續航成功超過了 1000 公裏。
但即便是半固态電池,成本也讓人望而卻步。蔚來曾透露,一個 150 度半固态電池包的成本就是一輛 ET5。PowerOn 也了解到,極氪 009 搭載的首款麒麟電池包同樣是半固态電池,其電池包價格也 " 比一輛車還貴 "。
由于材料的稀缺性,工藝難度更大,全固态電池的成本比半固态電池還要再上一個層級。一位固态電池公司高管對 PowerOn 說:" 如果不考慮成本,美國橡樹嶺實驗室早就做出了全固态電池,但隻能在心髒起搏器這種完全可以承擔高溢價的器材上應用。"
即便可以解決配方問題,并且降低了材料成本,制造工藝上的改變同樣是量産難關。
與傳統的液态電池相比,固态電池的生産工藝需要在極片、電解質、固固界面及封裝技術等多方面進行技術突破,生産工藝的難度大大提升。
動力電池制造分爲前中後三段工序,前段的塗布決定良率,中段的卷繞 / 疊片決定效率,固态電池的産線并不能完全沿用現有的成熟工藝。
據 PowerOn 了解,固态電池生産中,前段的勻漿、塗布、烘烤都要改動,中段工序的注液沒有了(因爲是固态電解質),而且隻能用疊片," 基本貴的設備都要改動。"
用量産難度更低的 4680 電池對比來看,馬斯克自 2020 年提出這一新的技術路線後,對于幹法電極與全極耳技術的突破仍然遲遲未能達成,即便是以特斯拉在數個産能地獄中磨練出的工程化能力,仍然未能将理想中的 4680 電池如期量産。
而固态電池所面臨的問題,锂金屬負極制備、锂枝晶抑制、固固界面問題等等,顯然比 4680 還要難上不止一層。4680 所面臨最難的幹法電極問題,固态電池同樣需要面對。
因此,想要大規模量産全固态電池,對于現階段的電池工藝、材料成本、與制造水平來說,仍是一件難以企及的事情。
但在競争局勢愈發激烈的環境中,車企需要新的故事來支撐消費者對品牌的信心。豐田宣布 2027 年量産全固态電池,廣汽埃安的目标更爲激進,将量産節點定在了 2026 年。大衆适時披露一下固态電池進展來支撐市場預期,也是一種常規手段。
但不披露産品開發節奏,隻說量産時間,與隻披露節奏,不提及量産時間,都是一樣的 " 空談 "。
随着時間推移,市場對固态電池的技術難度認知度更加清晰,這樣一則消息便帶來股價瘋漲的故事,或許要拿出更多的真材實料。用 " 狼來了 " 制造虛假預期,終究會被無情戳破。