QuantumScape推出全固态Osprey电池：1个大气压下可承受1000次充放电循环
QuantumScape（QS）终于要实现全固态电池了。其全新的Osprey平台用固态硫化物电解质取代了传统电池中的液态电解质，该公司称这类电池在1个大气压下已能完成1000次充放电循环，容量仍保持80%。
这对包括丰田、三星SDI、比亚迪以及Factorial在内的硫化物电池阵营而言意义重大，因为传统硫化物电池通常需要强大的加压装置才能正常工作。不过，该公告背后的白皮书指出这些只是小型实验用电池，部分宣传数据也存在特定前提条件。
QuantumScape目前的电池并非全固态
QuantumScape很少如此直白地说明一点：其现有产品并非全固态电池。
这份新的白皮书将QSE平台，包括其通过圣何塞的Eagle Line试点生产并作为样品提供的QSE-5电池，描述为“陶瓷隔膜与相对传统的高镍NMC正极以及液态正极电解液相结合”的结构。
其中固态部分仅为隔膜，它位于正极与QuantumScape并不生产的锂金属负极之间。这种电池是“无负极设计”的，在首次充电时锂离子会直接沉积在隔膜上。
Osprey保留了原有的无隔膜无阳极设计，只是将阴极中的液体电解质替换为固体硫化物电解质，从而使整个电池变为固态。
硫化物作为隔膜：QuantumScape仍持否定态度
有趣的是，QuantumScape并未改变其对硫化物的看法。多年来他们一直主张硫化物电解质无法用作隔膜，而他们的白皮书更是进一步强调，这些问题是该材料的“固有属性”，而非工程上的难题。
该公司指出了四个问题：硫化物会与锂金属发生反应，需要高压才能与电极保持接触，在室温及更低温度下性能不佳，且在锂金属阳极出现枝晶之前无法支持快速充电。
汽车制造商最关心的就是压力问题。QuantumScape这样解释：单个10×24.2厘米的电池在20个大气压下的受力约为5,000公斤，相当于三辆中型汽车的重量。若要让多块电池共同承受这种压力，就需要使用厚实的钢制端板和连接杆，而这又会增加重量、体积和成本。
而且20个大气压其实已经算是比较低的数值了。实验室中的许多硫化物电池工作压力在30到100个大气压（3到12兆帕）之间，甚至更高。中国的一汽集团在9月宣布，其大尺寸硫化物电池能够在5兆帕，即约50个大气压的条件下循环工作，这一成果还被视为低压力下的重大突破。
因此，QuantumScape的方案很简单：将硫化物留在正极处，因为那里有利于锂离子的传输，而让QuantumScape的陶瓷隔膜来处理锂金属。
Osprey测试数据所显示的结果
QuantumScape公布了四组主要数据：
循环寿命：实际测试结果
这是最令人满意的结果。采用面积为50×65毫米的两层结构正极（与QSE-5的面积相同），该电池在1个大气压下、30°C环境下，以1C的充电和放电速率进行测试，从0%充电状态到100%充电状态，共完成了1,000次循环后仍保持约80%的容量。正极的载流量为5.5 mAh/cm²，这一数值与商用电动汽车电池相当。
QuantumScape称没有其他基于硫化物的电池能做到这一点，Electrek也未能找到与之相悖的已发表数据。学术团队确实展示过在几乎无外部压力或完全没有外部压力情况下运行的硫化物电池，但尚未有研究能证明使用硫化物阴极和锂金属阳极的电池能完成1000次完整循环。
但这只是一个小型电池。根据我们的计算，这种尺寸的两层电池的容量约为0.3到0.4安时，而QSE-5的容量则为约5安时。
快速充电：80°C环境下
新闻稿中称“可在5分钟内将电量从10%充至80%”。白皮书指出，这一效果是在10C的充电倍率、80°C（176°F）温度下、采用双层电池结构实现的。图表上的标题即为“高温环境可实现5分钟快速充电”。
电池在高温下充电速度会快很多，而电动汽车在快速充电前也会进行预处理。不过80°C远高于电动汽车电池在快速充电前通常的预处理温度。QS并未公布室温下的快速充电测试结果。
寒冷天气：微型电池
“可在-20°C下正常工作”这一数据来自一款阴极尺寸为21×21毫米的单层电池，以C/3的速率缓慢放电。该电池在-20°C时仍能保持室温下容量的68%（约52%的能量），在0°C时则能保持85%的容量。
对于传统上需要加热的硫化物电池体系来说，这确实是个不错的成绩。但这是采用低速率测试的微型电池。
能量密度：预测值
“每升高达约1,100瓦时”的数值仅为预测值。QS表示，利用硫化物正极材料，有望实现高容量正极（10毫安时/平方厘米，约为当前电动汽车电池的两倍）。用于支撑这一结论的测试使用的是11毫米硬币大小的电池，在3个大气压环境下进行，而非1个大气压，并且测试了100次循环。
作为参考，QSE-5的能量密度为844瓦时/升，重量能量密度为301瓦时/千克。
面向其他厂商硫化物正极的“开放平台”
其商业模式才是更值得关注的重点。
QuantumScape将Osprey定位为“开放平台”。客户可以使用QS自主研发的、采用专有干法工艺制造的硫化物正极，也可以自行提供正极材料。QS称已使用其汽车客户开发的固态正极对Osprey进行了测试。
换句话说，经过多年对硫化物电池的质疑，QuantumScape现在希望将其无需隔膜和正极的设计出售给那些已投入数十亿美元研发硫化物正极的公司。
这与其目前与大众的PowerCo以及本田所采用的许可模式一致。QuantumScape公布称，第三季度的客户营收为980万美元，并宣布计划于2028年启动QSE-5产品的100 MWh生产线建设。
Osprey项目的具体时间表尚未确定。白皮书指出该工艺已在“实验室规模”上得到验证，更高产量的工艺“正处于开发阶段”，而且“工艺工程方面还有大量工作需要完成”。汽车制造商还希望使用比QSE-5更大的棱柱形电池，这意味着需要更多的电池层以及每层更大的面积。
这在固态电池竞赛中的地位
其他公司都在加紧推进。三星SDI计划于2027年下半年在其乌山工厂实现硫化物全固态电池的批量生产。比亚迪则打算在2027年进行小批量硫化物固态电池生产，而批量生产则预计在2020年代末实现。丰田原本的目标是2020年、2023年或2026年，现在则将目标推迟到2027年至2028年。Factorial公司的硫化物Solstice平台的目标能量密度可达450瓦时/千克。
全球最大的电池制造商宁德时代在6月表示，真正的面向大众市场的固态电池仍需“数年时间”，大概在2030年左右才能实现。
上述公司中还没有哪家公布过在1个标准大气压环境下、采用硫化物正极和锂金属负极的1000次循环测试数据。而QuantumScape则率先公布了相关数据。
Electrek的观点
这是QuantumScape近期发布的最有趣的内容。虽然数据表现不错，但战略方向的转变或许最为引人注目。
循环寿命测试结果具有可信度。在1个大气压和30°C条件下，采用商用电极及实际负载情况，对双层电池进行1,000次全1C循环测试，这类数据是业内此前未曾公开的。而且QS还公布了测试条件，这比许多竞争对手都要透明。
不过也有观点认为，新闻稿夸大了白皮书中的内容。80°C下5分钟的充电时间与普通5分钟充电并不相同，新闻稿本应明确说明这一点。能量密度只是预测值，低温环境下的测试结果来自尺寸如邮票般的电池，而且1,000次循环后仍保持80%的效率，远低于PowerCo在2024年早期电池测试中公布的1,000次循环后95%的效率。虽然化学成分和研发阶段不同，但这些数据仍值得注意。
因此，QuantumScape实际上是在承认QSE中的液态阴极液并非最终解决方案，而行业在硫化物技术上的巨额投资应当被利用而非抵制。如果你的隔膜是其他公司无法实现功能的关键部件，那么将它出售给他们无疑是明智之举。
问题在于时间。QuantumScape仍在扩大QSE-5的生产规模，100 MWh的生产线要到2028年才会建成。Osprey则仍处于实验室阶段。在2027年至2030年的生产计划确定之前，会有哪家硫化物技术厂商愿意授权这项技术呢？目前来看，这似乎是QuantumScape目前的战略选择。