2024年上汽集团宣布其与固态电池生产商清陶能源共同研发的第一代固态电池已在排产宣布，旗下的智己，飞凡等等车型都会搭载固态电池，实现量产。2025年将会达到十万辆级规模的目标。

7月11号，大众汽车集团旗下的电池公司 PowerCo 和美国的固态锂电池生产商 QuantumScape (NYSE: QS) 宣布，双方已达成一项开创性协议，将 QuantumScape 的下一代固态锂金属电池技术工业化。

这期我们来聊聊固态电池的新进展。我用上市公司美国的 QuantumScape 和 2024 胡润全球独角兽中国的清陶能源举例。

数据显示，在一辆电动汽车中, 电池会占到整车成本的30%~40%。而动力电池铁三角–快充，续航能力和安全性，一直是新能源汽车消费者最关心的问题。

目前市面上用的锂离子电池，在正负极之间有一种液态电解质，这样锂离子在电池充电时就能朝一个方向流动，而在电池耗电时则朝另一个方向流动。传统的锂离子电池正在逼近容量上的物理极限，所以全球很多厂商都在专注研发固态电池。固态电池顾名思义，就是用固体材料代替液体，其中使用的固体材料包括陶瓷和硫化物等等。

固态电池并不新鲜，迈克尔 法拉第早在 19 世纪就发明了固态电解质。但是之所以不能量产，QuantumScape 的联合创始人 Jagdeep Singh 总结了四个方面的原因：

1. 它们需要高电流密度，这样才能快速充电。如今的固态设计只能在低电流密度下工作， 充电速度不够快。
2. 内置的锂不能过多。过多的锂会导致储存的能量减少。
3. 需要持久耐用。有些固态设计在充放电几百次后就会失效。这些电池需要经过数十万英里的行驶才能发挥商业价值。
4. 它们还需要在低温下工作。有些设计只能在高温下工作，这就意味着需要在电池上安装昂贵的大型加热器，使其变得不切实际。

由于行业竞争的原因，工业界的成果不太可能公开发表，但在学术界固态电池研发方面公开了一些目前取得的成绩。比如，美国国家航空航天局（NASA）开发出了一种由硫和硒固态叠层电池组成的电池，并称这种电池可以将电池重量减轻 40%，同时还能将能量密度提高两倍。在中国，清华大学教授材料学院院长南策文院士、沈洋教授团队成功研发了一种可弯曲的、具备高锂离子电导率的超薄复合固体电解质膜，该膜由硫银锗矿硫化物 Li6PS5Cl和极性聚（偏氟乙烯-共三氟乙烯）P(VDF-TrFE) 框架组成。该团队的研究成果为制备薄而高性能的复合电解质材料提供了新思路。

清陶能源

固态电池生产商清陶能源的联合创始人、CEO 冯玉川是南策文院士的学生。清陶能源自2016年成立以来就备受业界关注，北汽，广汽，上汽均为其投资方，其固态锂电池的一期项目在2020年投产。2023年，上汽集团在清陶能源 G+ 轮融资中，追加投资27亿元，成为清陶能源第一大产业投资人。2024年4月9日，清陶能源以 205 亿人民币的企业估值入选《2024·胡润全球独角兽榜》，排名 373 名。

上文介绍的上汽集团宣布搭载的固态锂电池，实际上并非真正意义上的固态锂电池。对此，清陶能源有清晰的划分标准：

1. 第一代量产的半固态锂电池的电解质液体含量在5-15% 之间，成本和液态锂电池相当
2. 第二代量产的固态锂电池的电解质液体含量小于5%（2024年），成本比液态锂电池降低20%
3. 第三代量产的全固态锂电池的电解质才真正不含有液体 （2027年），成本比液态锂电池降低40%

固态电池开发商 QuantumScape

大众汽车集团和 Bill Gates 投资的美国固态电池制造商 QuantumScape 成立于 2010 年，目标是开发可扩展的高效固态电池。大众汽车持有 QuantumScape 大约15% 的股份。该公司于 2020 年底通过与一家特殊目的收购公司（SPAC）合并上市，估值曾飙升至 540 亿美元左右，QuantumScape 现在的市值约为 30 亿美元。

传统的锂离子电池的电解液是碳酸二酯类的物质，非常容易燃烧，存在安全隐患。另一方面，液体电解质的能量密度上不去，也就是说续航能力差。还有个问题就是在充电时，锂离子会还原成金属锂，从而形成『锂枝晶』，就是树枝状的锂晶体。锂枝晶就像针一样能够穿刺，会导致电池短路，这是影响锂离子电池稳定性和安全性的重大问题。

QuantumScape 开发了一种专有的柔性陶瓷作为电解质隔膜，将锂电池的阳极和阴极分隔开来，它既能导电，又能防止树枝状突起。能量密度更高，起火几率更低。这意味着更安全、更便宜的电动汽车可以在两次充电之间行驶更远的距离。

通过多年的研发测试，QuantumScape 实现了单层原型电池测试，随后是 10 层电池，然后是 16 层原型电池。2022 年底，QuantumScape 开始向汽车合作伙伴（包括大众汽车公司）交付首批 24 层 A0 原型电池，并计划在今年2024年底之前交付改进型样品，QuantumScape 的首款商业产品–QSE-5 已经交付给汽车合作伙伴进行测试。

总的来说，固态电池的安全性更高、能量密度更大、寿命更长。它的未来发展是被看好的，当然今天介绍的主要是材料路线，电池技术多样化迭代还有工程路线，也就是指在一定阶段，基于行业现有的主流电池技术，通过工程手段，实现电池组件以及电动车等交通工具的性能提升，从而提高性价比。比如，通过引入人工智能技术到现有的电池管理系统（BMS），让电池的充放电管理、热管理和安全管理实现智能化，从而更加精准地预测动力电池的性能衰减情况，提高电池的使用寿命和安全性。

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“生活中重要的不是凯旋而是奋斗，其精髓不是为了获胜，而是使人类变得更勇敢，更健壮，更谨慎和更落落大方。” 现代奥林匹克运动会的创始人皮埃尔·德·顾拜旦