​4层商用规格固态电池1C充放,循环430圈容量保持90%,10层电池现有数据也超稳定!

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QuantumScape公司(QS)是开发用于电动汽车的下一代固态锂金属电池的领导者,近日公布了截至 2021 年 6 月 30 日的 2021 年第二季度财务业绩。该公司在其投资者关系网站上发布了一封股东信函,详细介绍了其实验结果并提供了业务进展更新,包括目前正在测试的首批10层固态电池,以及正在推进建造 QS-0 预试生产线。

10层无负极锂金属固态电池
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图1 | 10层电池产品图。

首先,QS宣布他们已经制造并正在测试第一个 10 层电池。这些采用了商用规格70×85 毫米的电池在标准温度 (25 °C) 和压力 (3.4 atm) 下以 1C 和 C/3(一小时和三小时充电和放电)速率进行测试。 虽然需要生产和测试更多这样的电池以收集有关其性能和可靠性的数据,但这是一个极其重要的结果,因为它表明QS能够制造具有类似单层和4层电池的早期容量保持和循环行为的 10 层电池。

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图2 | 10层电池循环性能。

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图3 | 4层电池循环性能。

QS原定目标是在 2021 年底之前展示 10 层电池的测试结果,因此在这么早的时候制造出第一个 10 层电池也确实令人兴奋。他们在过去几个季度里取得了快速进展,去年12 月展示单层电池的测试结果,2 月展示4层电池的测试结果,现在 7 月展示10 层电池结果。QS将在 2021 年剩余时间内继续提高 10 层电池的性能,包括不断改进隔膜固态电解质陶瓷隔膜的质量、一致性和产量,在 2022 年展示几十层电池,以及在2023年于其QS-0预试生产线上生产车辆测试电池。

关于第一季度公布的4层电池测试结果,QS将操作压力降低到 3.4 atm,这种较低的压力并没有改变电池的循环性能,这与在去年十二月公布的单层电池数据保持类似。这些4层电池具有商用规格的尺寸 (70x85mm),并在25 °C 的标准温度下进行了测试。与其研发过程的各个方面一样,QS将继续追求提高产量和可靠性。

正极进展
在另一个重要的进展中,QS使用低成本的磷酸铁锂 (LFP) 正极制作并测试了无负极锂金属电池,并确认了化学和电池设计与磷酸铁锂兼容。磷酸铁锂近期重新引起了人们的兴趣,但使用碳负极的传统磷酸铁锂电池通常存在能量密度低(通常约为 400 Wh/L)的问题。相比之下,磷酸铁锂与 QS 的负极锂金属技术匹配,可以提供 600 至 700 Wh/L 的能量密度,接近当今最先进的 NMC 电池。

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图4 | LiFePO4锂金属电池循环性能。

生产进度
在第二季度,QS还在加利福尼亚州圣何塞的预试生产线 QS-0 上取得了进展。4 月,该公司签署了 197,000 平方英尺设施的长期租约,并在上个季度订购了长周期设备。近期,他们正在安装高产量的连续流热处理设备,这是其工业化道路上的一个重要里程碑。与现有的最大工具相比,该设备可将产量提高一个数量级,同时还能提升隔膜生产质量。

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图5 | 生产线上第二代连续热处理设备。

在提升隔膜固态电解质陶瓷隔膜制造工艺上,QS将特别关注以下几点:
• 质量——陶瓷隔膜的质量和均匀性,会影响电池的循环行为、功率和运行条件等。
• 一致性—— 收紧隔膜质量的可变性以提高产量。
• 产量——隔膜生产量的增加将促进更多层数电池和向潜在客户交付更多测试电池。

展望2021
QS在第二季度结束时的流动资产超过 15亿美元,并预计进入 2022 年的流动资产超过13亿美元。进入 2022 年,QS相信其资产负债表将能够为 QS-0 提供全部资金,以 1 GWh 的规模开始 QS-1 的生产,并为随后的20 GWh 的QS-1 设施扩建提供资金。

该公司的长期目标保持不变——在 2022 年向主机厂提供具有商用规格的原型样品,在 2023 年为 QS-0 的研发测试汽车提供电池,并在 2024-2025 年进入商业生产。

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图6 | 关键里程碑。

上图反映了该公司在 2021 年迄今取得的里程碑,前两个完全完成,后两个部分完成。他们认为汽车电池性能的适当标准是在 1C 功率、100% 放电深度、3.4 atm 压力和 25 °C 的情况下,在 800 次循环中容量保持率超过 80%,QS将继续坚持完成以上标准。

总结
未来QS仍有大量工作要做,包括:继续改进隔膜的制造工艺,包括质量、一致性和产量,增加电池的数量和性能,以及推进更大批量的制造工具和工艺上线来为其QS-0 设施做准备。

鉴于全球汽车制造商宣布电气化的速度和数量,很明显该行业正处于 100 年来最大转型的边缘。动力系统本身是汽车的心脏,从上个世纪为该行业提供动力的内燃机转向将在下个世纪提供动力的电气化动力系统。他们认为,如果电池性能没有逐步改进,电动汽车将很难完全取代内燃机汽车,QS相信该公司研发的固态锂金属电池可以在实现这一阶梯式变化方面发挥关键作用。

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参考文献: