由前英飞朗 CEO Jagdeep Singh 联合斯坦福大学科学家 Fritz Prinz、Tim Holme 共同创立的固态锂金属电池公司 QuantumScape 于近日表示，其锂金属电池将很快应用到汽车和卡车上，但有一些观察家仍持怀疑态度。
锂，是周期表上最轻的金属，一直以来，科学家们认为锂金属电池是理想的储能技术。
数十年来，研究人员、企业一直在尝试制造经济实惠、可充电、不易燃的锂金属电池，但都失败了。
电池公司 QuantumScape 位于加州圣何塞，资金雄厚但却不为人知。在今年早些时候，该公司首席执行官贾迪普・辛格接受 The Mobilist 采访，称已经克服了关键技术挑战。辛格补充说，预计到 2025 年，大众公司将在大众汽车和卡车上使用 QuantumScape 电池，以削减成本、提高大众电动汽车的续航里程。
QuantumScape 于 11 月上市，现在市值约为 200 亿美元，但目前还没有产品或收入，并且预计在 2024 年之前也不会有收入。大众已经向该公司投资了 3 亿多美元，并与之成立了一家合资企业来生产电池，QuantumScape 还从其他大型投资者那筹集了数亿美元的资金。
不过，直到现在，辛格还是很少透露有关电池的细节。研究人员、竞争对手和记者都从专利文件、投资者文件和其他渠道寻找线索，以了解该公司究竟以何种方式、取得了哪些成果。
在 12 月 8 日的新闻公告中，QuantumScape 终于提供了实验室测试的技术结果：QuantumScape 研制了一款半固态电池，大多数电池靠电解液来促进带电原子在设备中移动，而这种电池使用的则是固态电解质。
由于使用固态电解质或能提高安全性和能量密度，众多研究人员和企业都在探索能否将其用于化学电池。但以往经验表明，开发难度很高。
不过，QuantumScape 仍隐瞒其电池的某些细节，如所使用的一些关键材料和工艺。而一些专家仍然怀疑 QuantumScape 是否真正解决了棘手的技术挑战。如果技术挑战得以解决，在未来五年内，锂电池或能用于商用车。
测试结果
在接受《麻省理工科技评论》采访时，辛格表示，QuantumScape 已经证明所研发的电池将有效满足消费者五大需求，即成本更低、续航里程更多、充电时间更短、寿命更长以及安全性更高。而迄今为止，电动汽车销量占美国新车销量比例仍低于 2%，正是因为这五大需求无法得到满足。
辛格说：“只要电池能够满足这些要求，相当于打开了 98% 的市场，现在任何方法都达不到这样的效果。”
QuantumScape 电池的表现确实出类拔萃，在去年的一项测试中，美国汽车媒体 MotorTrend 发现，一辆电量为 5% 的 Model 3 汽车，使用特斯拉的 V3 超级充电器充到 90% 花了 37 分钟。而 QuantumScape 电池不到 15 分钟就能充到 80%，并且在 800 次充电周期内可保持 80% 以上的容量，大致相当于行驶 24 万英里。即使充电和放电非常频繁，电池性能也几乎没有打折扣。
QuantumScape 还表示，虽然还没有经过测试，但该电池能支持的行驶里程，可能会超过 80% 以上标准锂离子电池支持的电动汽车行驶里程。
马里兰大学化学和生物分子工程助理教授保罗・艾伯特斯说：“QuantumScape 的数据太漂亮了。” 据悉，艾伯特斯曾是美国能源先进研究计划局的 IONICS 项目主管，研究固态电解质，与 QuantumScape 没有任何隶属或财务关系。
艾伯特斯补充说，QuantumScape 在锂金属电池方面 “令其他人望尘莫及”，“QuantumScape 都跑完一场马拉松了，而其他人只跑了 5 公里。”
如何实现？
那么，QuantumScape 如何取得这些成就呢？
现在电动汽车的标准锂离子电池中，阳极主要是由石墨制成，便于储存在电池中来回穿梭的锂离子。在锂金属电池中，阳极就是由锂制成。那么，几乎每一个电子都可以用来储存能量，所以锂金属电池能量密度可能更大。
但几大挑战随之而来。首先，锂极不稳定。如果锂接触到支持离子移动的电解液等液体，可能会引发副反应，导致电池退化或起火。其次，锂离子流动会形成所谓树枝状的针状物，可能刺穿电池中间的分离器，导致电池短路。
多年来，研究人员为了解决上述问题，利用陶瓷、聚合物和其他材料，试图开发出不与锂金属反应的固态电解质。
QuantumScape 的重要创新之一为开发出一种固态陶瓷电解质，该电解质也是分离器。这种电解质只有几十微米厚，能抑制树枝状物的形成，同时锂离子也能轻松来回通过。电池阴极侧的电解液是某种形式的凝胶，所以 QuantumScape 电池不是完全固态电池。
辛格拒绝说明所使用的材料，称其为最高商业机密。一些电池专家则根据专利文件猜测他们使用了一种名为 LLZO 的氧化物。找到这种材料花了五年时间，为防止出现缺陷和树枝状物，又花了五年时间研发有效组成、确定制造工艺。
QuantumScape 认为，电池采用固态技术，将比目前的锂离子电池更安全。锂离子电池在极端情况下仍会偶尔起火。
另一个重要进步是，QuantumScape 电池没有明显区分出阳极。参见 QuantumScape 视频，可了解更多 “无阳极” 设计。
电池充电时，阴极侧的锂离子会穿过分离器，并在分离器和电池末端的电触点之间形成平面层。放电时，几乎所有的锂离子都会回到阴极。这样一来，不需要任何不直接参与储能或载流工作，只需储存离子的阳极，便可以从而减少电池重量、减小体积。QuantumScape 表示，制造成本也会下降。
其余风险
然而，还有一个问题悬而未决。QuantumScape 是在单层电池上进行实验室测试。而汽车电池需要有几十层电池一起工作。从试验到商业化生产是储能领域的重大挑战，许多曾经很有前途的电池初创企业都没有跨过这个坎，一败涂地。
艾伯特斯指出，许多公司都曾过早宣称电池取得突破，人们失望太多次了，于是对任何新电池都会起疑。艾伯特斯希望，QuantumScape 能将电池提交给国家实验室，在标准化条件下进行独立测试。
其他行业观察家也表示，如果 QuantumScape 到目前为止只对单层电池进行严格测试，那么该公司能否通过规模化和安全测试，并在 2025 年之前将电池用于车辆依然存疑。
电池初创公司 Sila Nanotechnologies 是 QuantumScape 的竞争对手。Sila Nanotechnologies 正在开发一种用于锂离子电池的能量密度阴极材料，并在 The Mobilist 报道前一天发布了一份白皮书，指出固态锂金属电池面临的一连串技术挑战。白皮书指出，考虑到保证锂金属电池工作所需的所有额外措施，各公司又在努力研发商业电池，锂金属许多理论优势都会减少。
但白皮书也强调，采购、生产、运输和安装锂离子的大规模全球基础设施已经存在，锂金属电池如何与之竞争实为最大挑战。
巨大赌注
但其他观察家表示，最新进展既表明，锂金属电池能量密度将大大超过锂离子电池，也表明可以解决阻碍锂金属电池发展的问题。
卡内基梅隆大学副教授文卡特・维斯瓦纳森维斯瓦纳森曾研究锂金属电池，并为 QuantumScape 公司做过咨询工作。他说：“过去的问题是锂金属电池会不会有，现在是锂金属电池什么时候能用上。”
辛格承认，公司仍然面临挑战，但坚持认为挑战在于制造和扩大生产规模方面。辛格认为，化学方面的工作已经足够。辛格还指出，公司现在拥有 10 亿美元资金，走向商业化生产将如虎添翼。问及既然没有独立研究结果、为什么记者要相信公司结果，辛格强调，为保持透明度，分享的数据已尽可能多。辛格还补充说，QuantumScape 不是 “做学术研究的”。
辛格说：“说实话，也请你们不要介意，我们并不太在意你们在想什么。我们关心的是客户。客户已经看到了数据，在自己的实验室里进行了测试，效果也很好，于是下了大赌注。大众公司已经倾其所有了。”
换句话说，要知道 QuantumScape 是否如其所称完全解决了问题，就看大众能否在 2025 年之前在汽车上配置 QuantumScape 电池了。
深圳市百耐信科技有限公司
随着18650电池在新能源领域的广泛应用，百耐信根据动力电池系统的特点，自主开发了锂电池自动制造执行系统（MES –Manufacturing Execution System），该系统集成了锂电池贴纸系统，分选测试系统，模块自动组装生产系统，CCD视觉识别系统，自动点焊系统。该系统具有对整个生产制造过程的所有测试数据进行采集和工位管控，让计划层和控制层进行信息交互，实现对生产过程中的测试结果和数据进行有效追踪和品质管控，真正实现锂电池组组装生产的信息化和自动化的“两化”融合，使锂电池组组装向“工业4.0”迈进。
注：图为电芯到电池包组装生产线核心设备示意图
新能源汽车市场爆发性增长使得动力电池企业纷纷扩产，与此同时，市场竞争也会愈发激烈，只有不断满足更高生产效率需求和品质管控要求的动力电池生产企业才能占领先机、稳步发展，更多的动力电池生产企业将配置或升级自动化产线，提升自己的市场竞争优势。
百耐信作为锂电池组自动化组装生产系统集成商，已经成功开发出18650锂电池组自动化（半自动化）组装生产线，我们将继续与国内各大动力电池生产企业共同成长，为新能源事业贡献一份力量。
