https://cdn.motor1.com/images/mgl/g4zqBP/s3/ev-battery-revolution-top.jpg作者： Peter Holderith

美国东部时间 10 月 28 日 上午 11：30

电动汽车正在以惊人的速度发展，但我们仍处于早期阶段。特斯拉 Model S 和 X 仍然使用从未想过用于汽车的电池格式。不过，汽车电池领域即将发生很多事情。新的突破性技术已经进入市场。大多数人只是还没有看到它。

下一步

Factorial 和 QuantumScape 正在开发固态电池。它仍然是一项新兴技术，除了 Factorial 和 QS 之外，还有几家公司对它们应该如何运作有不同的看法。所有这些电池的关键属性是凝固传统的液体电解质。不过，固体电解质不仅在真空中具有优势。这完全是关于如何因凝固而改变电池的其他部分——主要是阳极。更好的阳极是释放 SSB 能量密度、成本和重量优势的关键。https://cdn.motor1.com/images/mgl/pNRYg/s1/solid-state-battery.jpg

固态电池的演示图像。

阳极是负极的一部分，是锂基电池的主要成分之一，与阴极（正极的一部分）、隔膜和电解质一起。目前，几乎所有的电池负极都是由石墨制成的;第一种成功用于锂离子电池的负极材料。不过，石墨已接近其性能峰值，寻找替代品是提高电池质量和体积能量密度的关键。

锂是阳极的最佳理论材料，因为它重量轻、能量容量高。研究人员之前曾尝试在传统的液体电解质电池中使用锂金属阳极。实验从未离开实验室。正如研究论文《锂金属负极：过去、现在和未来》所描述的那样，这些实验电池的阳极上会形成称为枝晶的晶体，只需几个周期后即可。与今天的所有传统电池一样，电解质是一种液体，隔膜实际上只是一块非常薄的塑料。两者都无法阻止枝晶的形成。

当电池充电时，这些晶体会穿透电池的隔膜并将其短路。有趣的是，这些细胞在它们实际工作的几个周期中表现得很好。由于锂金属阳极，电池包含更多的能量，但由于枝晶的生长，当电池不可避免地短路。

所以这些研究人员并不是真的在实验室里制造锂电池。

经过更多的实验，该行业确定固体电解质可能是最佳方法。换句话说，SSB 或多或少是由于追求理想的阳极而概念化和发展的。目前 Factorial、QuantumScape 和 Solid Power 等其他公司开发的大多数固态电池都具有锂金属阳极。

Factorial 的创始人 Siyu Huang 是一位化学家，多年来一直在开发 SSB。她说，当她位于波士顿的一家公司的早期细胞达到 25 个周期时，这是一个巨大的进步。“100 安培小时的电池需要 25 次循环，”她回忆道，“每个人都非常兴奋。如今，她公司的电池（其中数千块已运往 Stellantis 和梅赛德斯-奔驰等热心的合作伙伴）已实现 600 多次循环。https://cdn.motor1.com/images/custom/ssb-versus-high-silicone-anode-a.jpg

Factorial 的实验性固态电池。

Huang 对她的细胞功能持开放态度，但对于 SSB 公司来说，情况并非总是如此。她声称 Factorial 的汽车单元的放电率在 4C 到 10C 之间，这与当今电动汽车中的传统电池相当。它们的工作电压范围比普通锂离子电池略宽，可以在 20 分钟内从 80% 充电到 15%。这也与当今最好的电池相似，但具有一个巨大的优势：Factorial 的固态电池组比同类电池轻 40%，小 33%。黄仁勋对他们的潜力感到兴奋，但也理解那些说这项技术还需要几年时间的怀疑论者。

“固态尚未 [工业化] 的原因首先是方法，”她告诉 InsideEVs。“固态有很多种。”事实上，Factorial 有几个竞争对手。

总部位于加利福尼亚州的 QuantumScape 就是其中之一。与 Factorial 一样，它已经向客户交付了早期电池，并且正在将其电池工业化。其首席执行官 Siva Sivaram 表示，其“秘诀”是其独特的陶瓷分离器。它的功能类似于传统的隔膜，但也有效地取代了电解液。与传统的锂离子分离器不同，它同样是不可燃的。

QS的电池是“无阳极的”，这意味着每次电池循环时，锂金属都会从阴极流向隔膜另一侧的集流体。与传统电池相比，这种瞬态锂实际上是阳极，传统电池的阳极材料保持在固定在集流体上的隔膜的一侧。因此，QS的电池在物理上会膨胀和收缩，但该公司独特的电池设计意味着该装置的外部尺寸保持相对恒定。https://cdn.motor1.com/images/custom/ssb-versus-high-silicone-anode-b.jpg

QuantumScape 电池。

“我们有相当于可口可乐配方奶粉的产品。陶瓷分离器是独一无二的，“Siva 说。“从功率和能量、重量和体积来看，这些没有阳极的固态电池是最好的。”

该公司尚未发布其电池的详细规格表，但它已经分享了一些初步数据，以表明其创新是有意义的。Factorial 和 QS 都得到了主要汽车制造商的支持，并已获得数亿美元的投资。不过，并不是每个人都认为锂离子电池已经死了。https://cdn.motor1.com/images/custom/ssb-versus-high-silicone-anode-d.jpg

QuantumScape 公司

尽管 SSB 开发人员尽了最大努力，但树突仍然在固态单元中形成。他们就是这样死的。这目前将它们限制在数百次循环中，而不是许多传统锂化学所预期的数千次循环。它们不断改进，但保守的汽车制造商可能会犹豫是否要加入这一行列。目前，它们也仅限于袋装外形尺寸，而传统的锂离子电池也可以制成圆柱形或棱柱形。每种电池格式都有优点和缺点，被困在一种格式中并不理想（参见通用汽车最新的投资者日演讲）。“我们将根据客户的需求尝试其他格式，”Siva 说，但 SSB 目前仍将是袋装。

常规比赛

Rick Luebbe 是电池材料公司 Group14 的首席执行官，该公司不生产固态电池。相反，Group14 率先在传统锂离子电池中使用高硅负极，从而实现了令人印象深刻的能量密度和功率密度的大幅提高。他认为固态电池有很大的潜力，但他公司的技术现在已经准备好了。它已经进入消费电子产品领域，并且可能在未来几个月内进入电动汽车领域。

Group14 不生产电池;只是负极材料。它向 Molicel 等公司大量提供这些材料，这些公司在其电池中使用它们。创建这项技术是一条漫长的道路，但它实现了一些独特的改进。首先是更多的能量，这实际上是任何新电池的必备条件。Luebbe 表示，改进高达 50% 是可能的，尽管 Molicel 的初步数据在 20% 的范围内。不过，更相关的改进是功率密度，这让 Luebbe 和他的团队感到惊讶。https://cdn.motor1.com/images/custom/ssb-versus-high-silicone-anode-c.jpg

Group14 的高硅阳极。

“我们能够让硅工作，业界说，'哇，我们可以将能量密度提高多达 50%'，这太棒了，”Luebbe 告诉 InsideEVs。不过，后来，Group14 的客户之一 StoreDot 发布了有趣的数据。“他们在不到 10 分钟的时间内就给手机充电了。”

“[高硅阳极] 对能量密度有好处，但它们对功率密度也非常棒。”

功率密度是指在给定容量的情况下，电池的充电或放电速度。传统的锂离子电池已经能够在放电速率方面实现高功率密度，但在不严重影响能量密度的情况下，高充电速度更加难以捉摸。因此，当今充电速度快的电动汽车通常配备大型电池组或在非常高的电压下运行。这两种方法对于弥补现有细胞的缺点都是必要的。

Group14 的合作伙伴表示，其负极材料解决了这个问题。Molicel 即将推出的电池将充电电流提高到其当前最先进电池的近两倍，同时增加了上述能量。当用于 EV 的电池组时，这意味着更大的续航里程和更快的充电速度。

有意减少电池中的能量（针对特定属性进行优化）同样可以将功率密度推高到锂离子电池中前所未有的范围。“[Molicel] 推出的新电池 X 系列，男孩，他们声称可以在 90 秒内从 0% 充电到 100%，”Luebbe 说。他补充说，Group14 已经测试了 [现有细胞/下一代细胞]，发现它们符合这些说法。

Molicel 也不是唯一一家使用 Group14 负极材料开发电池的公司。该公司的合作伙伴众多，其生产最新一代硅材料（称为 SCC55）的能力正在迅速增长。很快，其设施将生产足够每年生产 30 吉瓦时新电池的 SCC55。这大约足够大约五十万辆电动汽车使用。

时间线

QuantumScape、Factorial 和 Group14 各自的 CEO 认为不太适合对彼此的技术发表太多评论。也许这是因为任何可能的比较都存在太多细微差别，或者也许是因为他们都明白电池技术工业化意味着什么。这是一项艰巨的任务，自然而然地，购车公众通常不会这样看。

蔚来 ET7 已经在中国提供了带有凝胶电解质的“半固态电池”。但是真正的生产级汽车 SSB 在任何市场上都没有销售。

不过，他们的电池技术是真实的。Group14 的高硅阳极电池将在汽车制造商能够将它们塞进包装后立即出现在汽车中。SSB 紧随其后，尤其是考虑到汽车产品周期的典型五年长度。汽车制造商已经制造了数千个固态电池并正在进行测试。他们走出了实验室，正在走向工业化。

如果您认为电气化正在停滞不前，请回想一下我们开始的地方。特斯拉 Model S 和 X 仍在使用 18650s，这是一种专为消费电子产品设计的电池格式。到目前为止，电动汽车的进步主要是架构方面的：提高电压、改变电池外形尺寸、简化车身和硬化轮胎。电池有所改善，但不像即将改善的那样。这种变化似乎是在一夜之间发生的，但这些技术已经发展了几十年。他们终于进来栖息了。

Peter 是 Motor1 的副主编，他热爱大多数技术，尤其是车轮技术。他于 2020 年获得工业设计学位，此后再也没有使用过。他居住在新罕布什尔州。

热门评论

圣巴巴里安10月 30， 2024， 12：55 上午

电池在真正重要的参数上只会变得“更好”......以每年 1.5% 的惊人速度。
 

自 1980 年代第一台笔记本电脑问世以来，我们就一直在听说“奇迹”突破。而且，奇怪的是，“顶级”电动汽车仍在使用笔记本电脑电池格式的拐杖。
 

4680 是个哑巴
 

Solid State 是无用的
 

又一家“奇迹钠电池公司”刚刚破产。
 

一切都是漂绿和仙尘，直到有人带着一种真正有效的新化学反应进来。

CWT_00110月 30， 2024， 2：15 上午

猜猜为什么特斯拉现在要提高 Semi 和 Cybertruck 的产量。提示：4680 不是哑巴。

米克·科尔10月 30， 2024， 1：29 上午

Ioniq 6 明年将获得新电池，Ioniq 5 今年将获得新电池，比 10 年的电池提高了约 2023%。这接近每年 3% 的改进。不错。哦，我的车已经行驶了近 50,000 英里，没有检测到电池退化。

涅巴10月 29， 2024， 2：35 上午

固态电池开始普遍商业化生产这一事实已经是一个好兆头，但距离电动汽车还有十年的路程

圣巴巴里安10月 30， 2024， 12：56 上午

美国的大型公用事业公司都制定了到 2040 年真正清理电网的计划。
 

到那时我们应该有更好的电池。在那之前？购买混合动力车。

山姆·维恩伯格10月 29， 2024， 9：55 下午

至少十年，可能更久。

obermd@alum.mit.edu10月 28， 2024， 11：57 下午

让我们知道这些新的电池技术何时真正出现在我们可以购买的车辆中。我们不断听到电池突破的消息，但没有看到实际部署。

VWID.310月 29， 2024， 8：04 下午

为什么你觉得你这么重要，以至于他们每次都应该打电话给你？
 

乔尔·罗林斯10月 29， 2024， 8：01 下午

您现在可以在亚马逊上购买 SSB。所以，他们就在那里。

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