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                400-001-0669 高比能高安全固態電池制造商,江蘇中全新能源歡迎您
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                固態鋰金屬電池
                2021-04-20 15:51作者:管理員 來源:中全新能源

                當大家的注意力還停留在特斯拉和馬斯克身上時,有一家電池公司「低調」上市了。 這就是「固態電池」研發企業QuantumScape. 10年前由斯坦福大學科學家Jagdeep Singh,Fritz Prinz和Tim Holme三人成立。

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                該公司在2020年11月初通過并購肯辛頓資本(Kensington Capital),以SPAC(特殊目的收購公司)方式進行上市(股票代碼為QS)。 上市首日即受到市場追捧,首日漲幅超過36%,12月初,在公司展示了其電池突破技術之后,股加速飆漲,到12月底,短短一個多月時間,該股市值已漲到超過「477億美元」,較合并初始估值33億美元漲幅超過「13倍」,超過了福特等汽車制造商,以及松下三星等電池巨頭。 這家在成立之初就吸引了大眾和比爾·蓋茨的投資,雖然現在已經上市,但未來「6年內」都不會有顯著收益的電池公司為什么能受到如此追捧?

                ▍QuantumScape固態鋰金屬電池

                QuantumScape是一家上市公司,更是一家研究機構。它的研究成果「固態鋰金屬電池」或能突破現有電動汽車鋰電子離子電池的局限,實現更高的能量密度,15分鐘80%快充,并且更安全。

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                傳統的鋰離子電池目前廣泛用于智能手機、智能手表、電動汽車等領域,并且占據主導地位。 無論是正極三元高鎳或NCA,負極采用石墨或者石墨/硅體系,鋰離子電池的質量能量密度已到了天花板——300Wh/kg. 而要繼續實現能量密度的突破,采用金屬負極是一種可能,也就是「鋰金屬電池」,它的能量密度可以達到「500-600Wh/kg」。

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                對「固態電池」的研究迄今為止已經有45年了。鋰離子電池共同發明人、2019年諾貝爾化學獎得主Stanley Whittlingham也曾經試圖發明固態電池。但在電解質方面一直沒有重大突破。

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                鋰金屬電池所使用的的固態電解質材料體系繁多,性能各異,大體又可以分為有機物(聚合物)和無機物(硫化物和氧化物)兩大類,但是這些材料在滿足快充、循環、低溫、成本等方面均存在巨大挑戰。 而QuantumScape的「固態鋰金屬電池」通過「無負極」制造工藝和陶瓷材料的固態分離器實現了突破。 「無負極」制造工藝,鋰金屬負極不是在電池制造過程中形成的,而是在電池充電時,由鋰離子在金屬箔片聚集而形成的,且該過程可逆,能實現多次循環。 「無負極」直接去掉了石墨/硅的主體材料,這樣就能顯著提高電池的體積能量密度至1000Wh/L,質量能量密度至500Wh/L; 消除了負極主體材料中鋰離子的擴散瓶頸,實現了4C充電倍率,15分鐘80%的快速充電; 降低了負極界面的容量損失,延長了使用壽命(800次/90%); 降低了制造和原材料成本,總體成本相比于現在鋰電池還降低了17%. 「固態鋰金屬電池」使用陶瓷材料的固態分離器代替了液態有機電解質以及多孔隔膜。 其本身不可燃,起到了屏障的作用,即使在非常高的電流密度下,能抵抗負極鋰枝晶的形成,解決了鋰電池因枝晶而導致內短路的「業界難題」。 Stanley Whittlingham表示,制造固態電池最困難的部分是需要同時滿足高能量密度、快速充電、長循環壽命和寬溫度范圍工作的要求。 而QuantumScape的測試數據均滿足這些要求,這是前所未有的。如果這項技術投入大規模生產,它就有可能改變整個行業。 「固態電池」如此顛覆,大眾早就鎖定了QuantumScape,2012年開始與QuantumScape合作,早期對后者投資超1億美元并成為其最大的汽車股東,2020年6月又追加投資至多2億美元,3億美元的投資占據QuantumScape23%的股份,現在市值近100億美元。

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                2018年大眾和QuantumScape又成立新的合資公司,未來主要為大眾集團生產工業級固態電池,除了投資QuantumScape的固態電池,大眾的電池布局還包括11億歐元(約合人民幣87.87億元)入股國軒高科,和頭部企業寧德時代和韓國SK Innovation等電池廠商建立長期戰略合作伙伴關系。 大眾如此奮起直追,那特斯拉豈不危矣? 馬斯克在2020年第三季度的結果報告中表示,從節省電池空間的角度來看,去除傳統負極「并不像聽起來那么好」。 馬斯克的懷疑可能也與其自身的電池技術有關,這可能會使其比其他公司更難適應固態電解質。特斯拉使用由滾動電池組成的圓柱形電池,而其競爭對手通常喜歡所謂的棱柱形電池,其中電池可以堆疊。因為固態電池比液態電池更易碎,所以堆疊起來更容易。

                ▍特斯拉自研電池

                馬斯克一直尋求特斯拉能夠實現「電池自由」,據華爾街日報報道,松下CEO津賀一宏經常會接到馬斯克的電話或者郵件,「要求降低電池價格」,但是只換來了對方「不排除提高電池售價可能性」的回復,津賀一宏甚至威脅稱「我們會考慮把人員和設施全部撤出超級工廠」。

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                倒逼特斯拉不得不選擇自建電池廠。 特斯拉的電池布局自2014年與松下合建超級工廠開始,一方面鎖定產能,另一方面掌握電池生產制造中的核心技術; 2016年,處于鋰電領域前沿的加拿大Jeff Dahn團隊與其簽約,為特斯拉提供前瞻性的研究成果; 2019年,特斯拉收購超級電容公司Maxwell以掌握干電極技術和超級電容技術; 同一年,特斯拉在美國弗里蒙特建立自己的電池實驗室和試生產線; 2020年,特斯拉啟動代號為Roadrunner的電池項目。除此之外,特斯拉與來自于中國、澳大利亞、美國等礦廠巨頭簽訂了協議,以保證原材料供應。 2020年特斯拉的「電池日」,宣布了從電芯設計、電芯生產工藝、硅負極材料、高鎳正極材料、電芯車輛集成化5各方面開發電池,最終,馬斯克認為這個方案能使電池成本減少56%,續航里程增加54%,單位投資額減少69%。

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                至此,特斯拉一步步完成了從原材料布局、電池基礎研發、電芯制造到產線建立所有工作。 后來的結果證明馬斯克在電池日上描繪的藍圖,投資者并不買賬,電池日結束后,特斯拉收盤價應聲跌落5%。有分析師表示,這是因為特斯拉此前預熱的100萬英里(160萬公里)循環壽命電池沒有如期發布。

                ▍QuantumScape或特斯拉,2021年投資者都需要更有辨別力

                固態電池的承諾是除去液態電解質,同時也消除了著火的危險。此外,QuantumScape等公司的固態電池體積進一步縮小,所提供的電力進一步增加。這一點也至關重要: 電動汽車長期以來一直受到電池成本相對較高的制約,這使得電動汽車比同類內燃機汽車更為昂貴。 英國的固態電池公司 Ilika 的首席執行官 Graeme Purdy 認為,讓現在的大多數電動汽車電池工廠適應新技術破壞性不會太大,該公司正在與捷豹路虎合作,以確保平穩過渡。 但對特斯拉來說,可能就不一樣了。這意味著,迄今為止一直是競爭優勢的東西要變成競爭劣勢了。

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                如果特斯拉需要改變策略,它確實還有時間。豐田目前可能擁有最先進的固態電池: 它計劃在2020年東京奧運會上為原型車提供電力,這項計劃推遲了一年,不過豐田目標是到2025年大規模生產。但是這項技術最早也要到2020年代末才能與現在的電池在成本上一較高下。 QuantumScape的投資者正在玩一場「長線游戲」。QuantumScape一直到2026年都不會有實質性收入。而且現在也不能保證它的成果會勝過豐田和其他公司。上月公布的測試結果是針對「單層電池」的。而美國私營創業公司 Solid Power 已經在生產多層固態電池了。 專注電池行業的分析師Mark Newman指出,「隨著固態電池制造進入多層,制造業的挑戰會呈指數級增長」。 特斯拉和 QuantumScape 等公司的「巨量估值」要求投資者放長眼光,同時也要考慮最壞的情況。 但是,「如果」 QuantumScape成功了,特斯拉就可能成為最受打擊的公司之一。 2020年,投資者幾乎投注了所有與電動汽車有關的東西。今年,他們需要更有辨別力。

                 

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