從風投角度看固態電池的未來

 2024年10月24日，美國固態電池初創公司QuantumScape(簡稱QS)在最新發布的第三季度業務報告中，宣布已開始小批量生產并交付QSE-5固態電池B樣產品給車企客戶測試，具備超過840 Wh/L的體積能量密度和301Wh/kg的質量能量密度（0.2C），以及 15分鐘從10%充電至80%的快充能力（平均2.8C）。

值得一提的是，作為無陽極固態鋰金屬電池，QSE-5的工作壓力只有3.4atm, 遠低于目前主流硫化物固態電池的工作壓力。那么，QS這次交付的B樣產品在技術上是否具備里程碑式的突破，其固態電池在風投公司的角度來看是否值得關注，本文帶您分析。

一、QSE-5固態電池技術突破

本次QS宣布的是QSE-5 B樣產品已經開始小批量生產并且交付客戶測試，其技術核心筆者在此前的文章已經分析過（參考QS股價暴漲，固態電池產業化拐點將至？），性能方面的亮點主要包括高比能，快充，長循環以及高安全等。

1. 高比能: 本次QS詳細紕漏了電池的體積和質量能量密度，分別為844Wh/L以及301Wh/kg。跟主流的磷酸鐵鋰LFP電池相比較（400Wh/L以及200Wh/kg）, 這兩個數據貌似很高，但跟高比能的三元相比，卻經不起推敲。

尤其是采用高鎳正極和硅碳負極的46大圓柱電池，在能量密度和快充性能上也都突飛猛進。比如正力新能上半年發布的騏龍電池，其電芯質量能量密度來到了306Wh/kg, 估計體積能量密度也會超過840Wh/L, 而且平均充電倍率也達到了3C（參考既能千里續航又能超級快充的電池終于實現了）。

此外，大圓柱電芯容量按照4695來算的話一般都超過35Ah.本次QS的B樣電池容量只有5.6Ah（21.6Wh/3.84V=5.625Ah），也遠低于大圓柱電芯的水平，這樣來看，本次固態電池在能量密度上還不如成熟的大圓柱電池。

2. 快充性能: 今年5月份QS產品副總裁Will Hudson公布了內部測試的Alpha 2樣件的一些性能進展，比能量大約800Wh/L, 在快充能力上，支持4C倍率，25℃下大約12.5min從10-80%SOC，而在45℃下只需要10min。

值得一提的是，Alpha 2電芯原本是6 layer的，而這個快充測試的電芯只有1 layer，也就是一層的卡片電池。本次公布的B樣QSE-5電池的快充水平果然是有所下降的，25℃下10-80%充電時間為15min,平均倍率2.8C左右，低于此前的3.4C. 可見電池容量做高后對于快充性能還是有影響的。

按照6.2mAh/cm²的正極loading，3C充電的話鋰金屬沉積電流密度高達18.6mA/cm², 遠超常規鋰金屬電池的臨界電流密度 (大約2mA/cm²)。

目前報道最高的是另一家美國初創公司24M，在2024年初通過優化的電解液 Eternalyte^TM實現了高達20mA/cm²的電流密度（參考QS股價暴漲，固態電池產業化拐點將至？）。

要么是QS也開發出了類似的電解液，要么就是在4C快充下這款電池的循環壽命不佳。當然了，通過施加壓力，使鋰金屬接近液態也是提高臨界電流密度的一種手段。

3. 循環性能: 2023年10月25日， QS更新了A0樣品（容量3.6Ah, 參考全固態電池會是誰的時代）在整車客戶測試的電池數據（其實就是大眾旗下的PowerCo測試的），按照C/3充電以及C/2放電的測試條件，100%SOC下循環1000次容量保持率還有95%，出人意料地好。

這次并沒有提到B樣的循環性能，根據上文分析，除非有重大突破，否則這款電池在快充情況下的循環壽命不會太高。

因為雖然這款電池是加壓循環的，但是3.4atm的壓力并不是特別大，不會將固態鋰金屬變為液態，對循環的改善幅度有限。

4. 安全性能: QS在今年6月中旬公布了其鋰金屬固態電池的安全測試結果，采用24層極片設計的Prototype Alpha 2電芯。能夠在60℃的初始溫度下通過針刺、過充、外短等測試，并且熱安全的溫度高達300℃（具體參考大眾汽車青睞的固態電池夠安全嗎？）。

不過5Ah左右的電芯，哪怕是液態電池（比如目前智能手機的電池容量就在5Ah左右），也能概率性通過針刺，過充等測試。

熱箱溫度是個難點，QS電池200℃時電壓已經降到0V, 開始有比較嚴重的鼓脹。不過其獨特的外包裝FlexFrame能夠承受高溫，阻礙了氧氣的介入跟內部熔融鋰金屬的反應，這對于小電池的安全是十分有效的。

整體而言，隨著QS的固態電池樣品越來越接近最終交付的形態，其性能方面的衰減越來越明顯。在能量密度和快充方面已經遜色于46大圓柱電池，其快充下的循環壽命也未知。即便是安全有所改善，5Ah的容量還是捉襟見肘，不適合電動汽車上的應用。

二、從風投角度看固態電池

上面主要是從技術角度來分析QS的固態電池，恰好兩個多月前，在一個美國社區的一個直播上，TDK Ventures的工作人員Katherine He也從風投角度介紹了其對于固態電池的一些看法，值得我們去思考。

TDK是3C電池龍頭ATL的母公司，最早也持有CATL 寧德時代15%的股份。2015年受限于補貼政策，為了讓CATL成為純中資企業，以8900萬人民幣的價格把股份轉讓給了寧波聯創。

可見TDK跟鋰電池產業淵源深厚，而且今年6月也已經開發出能量密度突破1000Wh/L的小型固態電池（不封裝狀態，封裝后750Wh/L），所以旗下風投公司TDK VENTURE對固態電池的看法具備代表性和參考價值。

在那次直播中，談到固態電池方向，TDK Venture的Katherine認為是一個“美好的夢想”。其最主要的問題并不在于性能上的突破，而在于連續量產時的制程和優率控制。

根據她從QS內部工程師得到的信息，QS宣傳的12層電池是可以制作出來的，但是代價非常大，需要涂覆12mile的固態電解質層才能挑選出合適的12片電解質層，因為存在固態電解質膜破裂的問題。

按照本次公布的電池尺寸信息，單片電解質寬度65mm左右，按照24層電解質來計算，總寬度為1.56m. 計算電解質的優率為81ppm. 這個數值簡直驚呆了下巴。

一般而言，電池制造的缺陷率是ppm級別的，而QS的固態電池反其道行之，將制造優率干到了ppm級別。其成本之高基本抹殺掉了在安全層面的優勢，而且也很難放大容量生產。

不僅如此，He還提到，早在QS借殼上市時，其核心創始團隊Founder Teams的股票就全部拋售了。即便今年以來QS與VW消息不斷，He對此也并不認可。

此外，TDK Venture跟很多其他固態電池創業公司也有接觸，其中有很多在給Tesla送樣，但是He認為Tesla并不會take it serious。

因為在純電動汽車中，電池成本的占比在30%甚至更高，拋開成本去談性能和安全的提升就是“耍流氓”，只會是鏡中花，水中月，一個“美好的夢想”罷了。

而且上文中提到過，目前固態電池的能量密度和快充能力話不如成熟的46大圓柱電池，Tesla和寶馬等公司針對大圓柱電池在系統層級的安全已經進行了很好的防護，能夠保證55℃下單電芯失效后沒有熱擴散（NTP=No Thermal Propagation），這樣來看使用固態電池的必要性是什么呢？也許大圓柱和全固態，魚和熊掌不可兼得，兩者只能取其一吧。

既然大圓柱已經風生水起，那么為何還要大力發展固態電池呢？這是因為全固態電池本身具備技術顛覆的潛力。

歐陽明高院士在今年1月底中國全固態電池產學研協同創新平臺成立大會上提到，“對于汽車技術而言，1%是很重要的市場份額，所以全固態電池的市占份額不需要替代到50%，替代1%就已經具有突破性意義。” 在液態電池技術全面領先的情況下，我們要為下一代電池提前布局，未雨綢繆，避免被其他國家彎道超車。

話雖如此，全固態電池在技術上的難度非同小可，雖然國家在大力支持，資本在大力吹捧，媒體也在大力宣傳，但是固態電池從業人員卻步履維艱，進展緩慢。

因為固態電解質本身就不太穩定，而且固固界面的接觸很難維持，所以對生產環境要求很高，而且使用時要施加很大的壓力（比如幾十兆帕）。

這里面唯一的變量就是在AI的興起下，能夠更快找到一些新的物質，帶來性能上質的飛躍：比如清華大學張強團隊已經開始利用AI來設計與驗證新型電解液（張老師也是上汽全固態電池產業創新聯合體成員，參考氧化物全固態電池靠譜嗎？）。

還有就是制造方面，一定要做到低成本，才能推廣開來。特斯拉CEO馬斯克清潔能源的愿景，也要靠低成本才能推動。這也許是特斯拉不會take 固態電池 serious的原因之一吧。

況且全固態電池2026年才逐漸示范，2030才能大面積推廣，而且主要在高端電動車領域(1%的市場份額即可，不苛求50%的主流市場)，不會影響整體電動化的進程。消費者也不必擔心現有的電池體系會落后，本質上，只要綜合性能夠用，電是不區分來源的。

當然，對于那些電池成本占比較低的應用場景，固態電池還是有希望一搏的，比如2022年日本日立造船實現了世界首次在太空中的全固態鋰離子電池充放電，采用的電池型號為AS-LiB（140mAh型）。

TDK的1000Wh/L的小容量固態電池，可達1000次循環，預計也將應用小型消費電子產品。而松下在2023年9月公開過一款全固態電池也打算率先在無人機上應用（非常小型的，不是載人的eVTOL）。

     小結：雖然QS的固態電池產品已經進入B樣階段，并開始小批量生產交付用戶，但是其電池放大后，在能量密度和快充能力方面都有所下降，且電解質的制造優率低至ppm級別，根本無法大規模量產。所以其電池大概率只會曇花一現，不會對目前主流的液態電池產生重大影響。

即便是半固態電池，其量產也不容易。搭載固態電池的智己L6光年版原計劃10月底裝車交付，但目前還沒消息，可能也是制造過程中遇到了問題。目前國內排名前十的動力電池企業，不一定都是研發最強的，但制造實力上一定不弱，不然大規模出貨，如何保證不批量召回呢？在這一點上，QS和上汽清陶要走的路還很長。

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