5分钟就能为固态电池充电？QuantumScape坚信可行

QuantumScape首次公开了Osprey电池的测试结果，这是一种固态电池平台，旨在克服传统硫基电解质的固有缺陷。据该公司称，这些电池在被视为行业标准的测试条件下完成了1,000次循环后，仍能保持80%的容量，且仅需要1个大气压的充放电压力，远低于目前硫基电池所需的压力水平。

另一个更引人注目的数据是：它仅需5分钟即可完成快速充电，同时其能量密度可达到约1,100 Wh/L。如果这些数据能在工业化生产中得到验证，将有望解决当前电动汽车最受关注的两个限制问题。

陶瓷隔膜QS与硫元素的作用

QuantumScape Osprey技术的核心在于其专有的陶瓷隔膜，该隔膜是通过该公司称之为Cobra的连续流工艺制造而成的。这种材料与金属锂接触时具有化学稳定性。这一特性使得库仑效率极高，同时实现了“无阳极”设计，即无需在阳极上沉积多余的锂。

QuantumScape Osprey：全固态电池的实现原理

图片提供：QuantumScape

这种隔膜在机械性能上能够抵抗锂枝晶的侵蚀——锂枝晶可能会刺穿聚合物或硫化物基隔膜，从而导致电池短路。在该公司进行的安规测试中，商用电池在超过300°C的温度下仍不会出现所谓的热失控现象。在当前产品系列中，QSE平台将同一款隔膜与高镍含量的NMC阴极以及液态正极材料结合使用，这便是该公司首款商用产品QSE-5的基石。

由于具有良好的离子导电性以及在低温下相对简单的加工难度，基于硫化物的电解质一直是固态电池研究中最受关注的类型之一。据该公司称，那些将这类电解质用作隔膜的生产商十多年来一直面临着相同的难题：循环寿命短、需要较高的压力、在低温下性能不佳，且充电速度慢。

Osprey的运作原理

QuantumScape提出的解决方案是将这两个问题分开处理：不再将硫化物用作隔膜，而是将其作为与陶瓷隔膜QS结合使用的固体正极材料。在这种配置下，锂离子通过硫化物结构中的离子跳跃方式移动。该公司称，这一机制消除了液态电解质常见的极化现象，从而实现了5分钟内的快速充电。

QuantumScape Osprey：更厚的正极材料带来更高的能量密度

图片来源：QuantumScape

同样的特性使得正极的载量大幅提升：可达10 mAh/cm2，约为传统锂离子电池3-5 mAh/cm2的两倍。更高的正极载量意味着电池单元所需的电极层数更少，隔膜和集流体的用量也相应减少。这样一来，电池的整体能量密度便得到了提升。

已公布的测试结果针对的是在商业应用上具有重要意义的二维电极单元，其特点为：在室温下可进行1,000次充放电循环，容量保持率仍为80%；充放电倍率为1C/1C，且可完全放电；此外，在-20 °C环境下仍能保持一定的容量。该公司称，目前还没有其他基于硫化物的固态电池能展现出如此优异的综合性能。

QuantumScape Osprey固态电池所承诺的优势

图片来源：QuantumScape

迈向量产的下一步

Osprey是一个开放平台：客户可以选择QuantumScape自研的硫化物正极材料，也可以使用自己的正极技术，同时仍能享有陶瓷隔膜和无负极设计的优势。该公司正与汽车制造商合作推进该项目的开发。

图集：QuantumScape Osprey固态电池平台

不过，在实现大规模生产之前，仍有若干工程环节需要完成。目前已公布的成果来自与QSE-5面积相同的双层电池单元。汽车行业客户通常需要面积更大、层数更多且容量更高的棱柱形电池单元。

Osprey的制造工艺目前仅在实验室规模上得到验证，更高效率的工艺开发仍在进行中。

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