所谓的“固态电池革命”,是炒作还是来真的?

神译局 · 2021-01-27
固态电池时代即将来临?

编者按:最近一段时间固态电池似乎取得不少突破,许多人预测,再过几年固态电池就会装进汽车,真是这样吗?本文编译自 medium 原题为 In a Surprising Binge of Transparency, Battery Companies Tell Us What They Really Have 的文章。

汽车电池已经有140年的历史,在这段漫长的岁月里,研究人员总是喜欢“保密”。因为政府或者私人投资者的要求,研究人员有时会透露一些内情,但在默认规则下,他们所说的往往只有一半是事实,有时连一半都不到。为什么?因为从物理角度看,电池很难研究,想获得胜利十分不容易,一般来说你没有什么好讲的,如果你真有东西要讲,也会很严谨很小心。

最近一段时间,电池领域的一些重要人物跑出来大声疾呼,他们希望电池行业能够更透明一些。不是要求行业全面开放,而是希望大家多分享数据,为电池研究人员提供方便。

新闻报道说,许多公司看起来已经突破之前制造超级电池的主要障碍。如果他们可以解决剩下的问题,比如化学和制造问题,电动汽车的成本将会大幅下降,降到和汽油汽车一样,这是一个里程碑,如果能做到,电动汽车的价格就可以和汽油汽车处在同一水平。所有公司都说,他们的目标是在大约2025年将自己开发的固态电池应用于商业电动汽车。

在固态电池领域,Solid 和QuantumScape已经成为先驱。QuantumScape接下来的目标是实现电池多层化,而Solid正在生产330Wh/kg、20Ah、多层全固态电池。QuantumScape固态电池的能量密度达到350Wh/kg,比Solid更高,而且在-30摄氏度下性能良好;Solid固态电池在-10摄氏度下表现不错,但在更低的温度性能如何却不知道。再看充电速度,Solid电池在室温下充电15分钟能恢复50%电量,QuantumScape充电15分钟恢复80%。对于两家公司来说,如何大规模生产显得更重要。

公布数据相当重要,它涉及到两项最重要的技术:一是硅阳极,二是纯粹的金属锂阳极。到目前为止,在这两大领域还有很多障碍要跨越。如果能够让其中一项技术流行起来,电池的能量密度将会大幅提升,如此一来电池成本将会下降,电动汽车的续航里程将会大大延长。问题在于:顶级公司是否已经为开放设定一套标准,在未来的日子里让自己及其它电池公司遵守?

单从信息量的角度看,特斯拉算是比较开放的。在去年9月的Battery Day发布会上,特斯拉介绍了电池研究进展,比如它正在开发硅阳极,如果成功,电池成本将会下降一半。11月份,通用宣称它所开发的原型金属锂阳极已经可以实现充放电循环500次。不久前,QuantumScape又站出来说,它所开发的金属锂固态电池在室温状态下可以循环800次。

最透明的公司应该是Solid Power,它于12月10日召开发布会,公布一些数据,当中包括一些不好的数据,这种坦诚让人感动。它所开发的产品是固态金属锂阳极。

Solid取得哪些成就呢?它可以用传统锂电池生产设备生产出22层20Ah固态电池。按照Solid的说法,电池的能量密度达到330Wh/kg,比商用锂电池高。QuantumScape也曾说它已经开发出单层固态电池,现在它的目标是要让电池增至100层,而且可以实现商业生产。

Solid CEO Doug Campbell在接受采访时表示,公司的目标是要生产出100Ah电池,在明年年底之前交给汽车客户,到了2027年希望能将电池装进电动汽车。Doug Campbell还说他会把电池交给独立第三方实验室评估,拿到结果之后1个月或者2个月公布。QuantumScape目前没有这样的雄心壮志。

有一点很有趣。从Doug Campbell公布的幻灯片显示,在室温状态下(29摄氏度),2Ah电池放电一小时电量下降到10%左右。如果是22层20Ah电池,在高温状态下,数字会更漂亮。对于大型汽车制造商而言,室温是一条“红线”,没有谁愿意给电池增加热保护装置,这样一来成本会增加,也会更复杂。

在社交媒体上,许多专家对Doug Campbell公布的信息感到吃惊。一些专家认为,Doug Campbell居然公布这样的数据,真让人意外,这种做法似乎有悖传统。当其它电池公司发布新闻稿时,一般不会谈论缺陷。

在未来的日子里,Solid会努力提高室温状态下电池的性能。阿贡国家实验室能量储存科学合作中心高管Venkat Srinivasan指出,如果Solid做不到,它的固态电池就无法争夺更多市场。他说:“如果Solid固态电池在室温下表现不好,就只能用在细小的市场,也就是用在温度更高一些的市场。”

瑞典汽车制造商Scania Group的电池专家Matt Lacey认为:“Solid Power遇到了挑战,虽然它能生产尺寸合适的电芯,但它必须先拿出证据,证明自己的固态电池可以满足实际需求,否则电池制造商很难全力支持他们。像电池循环寿命、安全性虽然重要,但还有周旋的空间,相对来说高功率、低温下的性能更加重要。”

Doug Campbell则在邮件中回应称:

“现在大电池仍然无法达到汽车行业的要求。我们展示的数据证明可以大规模生产真正的固态电池,这点让人兴奋,我们用100%可扩展的方法生产实验室电池,这些电池完全满足汽车行业的要求,或者几乎能满足要求。我们已经将许多新技术转向生产线,这是2020年取得的成就。无论是电池能量等级、放电率、循环寿命,实验室电池和生产线电池都一样。当然,循环寿命还要测量,但就眼下来说我们正在朝正确的方向前进。”

“我们最新的电池设计已经证明,它可以完全满足汽车行业的要求,或者接近完全满足,当中包括充电速度、低温性能。我们已经找到一条清晰的道路,我们的目标是生产全固态、多层、可以供电动汽车使用的固态电池,完全满足汽车制造商的要求,不是在未来几年达到目标,而是在2021年达到目标。”

固态电池没有液体,不容易起火,而且固态电池相比传统电池更薄,能量密度更高,存储的电量更多。不过Nano One公司的CEO Dan Blondal指出,在两极之间用液体连接更为容易,固态电池要用固体连接,如何大规模生产,将它变成商用产品,这才是当前的一大挑战。

Dan Blondal指出:“Solid公司的人似乎已经证明他们可以做到。他们采用一种非常实用的策略,可以用现有方法大规模生产固态电池。”他还说现在有许多公司都在寻找办法大规模生产固态电池,对于整个电池行业来说,大规模生产就是“圣杯”。

QuantumScape公司也是电池行业的明星,它的估值一度冲到500亿美元,但自从12月22日至今股价已经下跌60%,因为投资者担心它的固态电池可能没有预期那么好,现在QuantumScape的估值约为200亿美元。QuantumScape没有任何营收,它只是刚刚测试过单层原型固态电池。

伦敦帝国学院(Imperial College London)电池专家Billy Wu说:“我不怎么相信QuantumScape,在过去的日子里,很多固态电池来了又走了,真的很难成功。在实验室造出固态电池,大规模生产,二者相隔几百万公里。”

诺贝尔化学奖获得者Stanley Whittingham指出:“QuantumScape给出的数据很好,我觉得这是真正的突破。现在我们只需要制造更大的电池,装进汽车,那就行了。”

牛津教授Peter Bruce认为,企业需要在真实环境下证明固态电池的能量密度和寿命,不能只是在实验室证明。他说:“固态电池的确进步很大,但还有很多问题要解决。只有当固态电池比锂电池明显强很多时,汽车企业才会接受它。”

也许固态电池将会改变我们的时代,也许现在的兴奋只是一种错觉,谁知道呢?

译者:小兵手

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