汽车电池已有140年的历史。在这段漫长的时间里,研究人员总是喜欢对他们保密。应政府或私人投资者的要求,研究人员有时会透露一些内幕信息,但在默认规则下,他们所说的只有一半是真的,有时甚至不到一半。为什么?因为从物理角度来说,电池很难研究,也不容易赢。总的来说,你没什么好说的。如果你真的有话要说,你会非常严格和小心。
最近,电池领域的一些重要人物出来大声疾呼,希望电池行业能够更加透明。并不要求行业完全开放,而是要求我们分享更多数据,为电池研究者提供便利。
据新闻报道,很多公司似乎已经突破了之前制造超级电池的主要障碍。如果他们能解决剩下的问题,比如化学和制造问题,那么电动车的成本会大大降低到和汽油车一样的水平,这是一个里程碑。如果他们能做到这一点,电动汽车的价格可以和汽油车持平。所有公司都表示,他们的目标是到2025年左右将他们开发的固态电池应用于商用电动汽车。
在固态电池领域,solid和QuantumScape已经成为先驱。QuantumScape的下一个目标是实现多层电池,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,高于固态,在-30时性能良好;固态电池在-10摄氏度时性能良好,但在较低温度下的性能未知。再看充电速度,固态电池在室温下充电15分钟可以恢复50%的电量,QuantumScape充电15分钟可以恢复80%。对于这两家公司来说,如何大规模生产更为重要。
公布数据很重要,这涉及到两个最重要的技术:硅阳极和纯锂阳极。到目前为止,这两个领域仍有许多障碍需要克服。如果其中一项技术能够普及,电池的能量密度将大大增加,从而降低电池成本,电动汽车的续航里程将大大延长。问题是:顶级公司有没有制定一套对外开放的标准,以后他们和其他电池公司都会遵守?
从信息的角度来看,特斯拉相对开放。在去年9月的电池日会议上,特斯拉介绍了电池的研究进展,例如,它正在开发硅阳极,如果成功,电池成本将降低一半。11月,通用汽车宣布其原型锂金属阳极已经能够实现500次充放电循环。不久前,QuantumScape再次站出来说,它开发的锂金属固态电池在室温下可以回收800次。
最透明的公司应该是Solid Power,它在12月10日召开了新闻发布会,公布了一些数据,包括一些不好的数据。这种坦诚令人感动。它开发的产品是固体锂金属阳极。
Solid取得了哪些成绩?用传统锂电池生产设备可以生产22层20Ah固态电池。据Solid称,电池的能量密度达到330Wh/kg,高于商用锂电池。QuantumScape曾表示,已经研发出单层固态电池,现在的目标是将电池增加到100层,实现商业化生产。
固特异首席执行官道格坎贝尔(Doug Campbell)在接受采访时表示,该公司的目标是生产100Ah电池,将在明年年底前交付给汽车客户。到2027年,希望电池可以安装在电动汽车上。道格坎贝尔还表示,他将把电池交给独立的第三方实验室进行评估,并在获得结果后的一个月或两个月公布结果。QuantumScape目前没有这样的野心。
有一点很有意思。道格坎贝尔(Doug Campbell)发布的幻灯片显示,在室温(29)下,2Ah电池放电一小时后,功率下降到10%左右。如果是22层20Ah电池,高温下数字会更漂亮。对于大型汽车厂商来说,室温是一条“红线”,没有人愿意给电池加装热保护装置,这样会增加成本,变得更加复杂。
在社交媒体上,许多专家对道格坎贝尔发布的信息感到惊讶。一些专家认为道格坎贝尔公布这样的数据令人惊讶,这似乎违背了传统。其他电池公司发布新闻稿的时候,一般都不谈缺陷。
未来,Solid将努力提高室温下的电池性能。阿尔贡国家实验室储能科学合作中心的主管文卡特斯里尼瓦桑(Venkat Srinivasan)指出,如果固态电池做不到这一点,它的固态电池就无法竞争更多的市场。他说:“如果固态电池在室温下表现不好,只能在小市场使用,也就是说,在温度较高的市场。”
瑞典汽车制造商斯堪尼亚集团(Scania Group)的电池专家马特莱西(Matt Lacey)表示:“固态电源遇到了挑战。虽然能生产合适尺寸的电池,但首先要证明其固态电池能满足实际需求,否则电池厂商很难全力支持。尽管电池循环寿命和安全性很重要,但仍有回旋余地。相对来说,大功率低温下的性能更重要。”
道格坎贝尔在邮件中回应道:
“现在,大型电池仍然不能满足汽车工业的要求。我们展示的数据证明,真正的固态电池可以大规模生产
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?