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QuantumScape是一家专门研发生产固态电池的企业。他们在去年12月宣布获得重大技术突破，最引人注目的性能指标当属15分钟充电80%。 “有了这项技术的支持，QuantumScape所开发的下一代固态电池将能够满足未来所有电动汽车的需求。” QuantumScape的创始人Jagdeep Singh充满信心地这样说。2019年的诺贝尔化学奖得主Stanley Whittingham也大力赞赏他们的固态锂电池技术，认为电池的能量密度能够增强50%-100%。 那么QuantumScape是一家怎样的公司呢？ QuantumScape于2010年成立，首席研究人员大多来自斯坦佛大学。作为美国固态电池领军企业，过去十年一直致力于研发更安全、更高效、更低价的固态电池技术。 QuantumScape通过去年非常流行的SPAC（特殊目的收购公司）收购了上市公司Kensington Capital，接着于2020年11月借壳上市，与后者协商后成功将股票代码从KCAC改成了QS。QS的市值也从33亿美元经历了大起大落，达到现在的200亿美元左右。 QS早期成功获得了比尔盖茨的投资支持，以及超过7亿美元的私人投资。其他主要投资人还有德国大众集团，上汽集团以及一些风投机构。其中大众集团在2014年就已经持有QS 5%的股份，2018年接着投资了1亿美元与QS形成合资公司共同研发相关电池技术，2020年又追加投资2亿美元以帮助QS在2025年之前建立固态电池量产生产线。 QuantumScape的团队也融合了很多科学界和车企里的有名人物，比如特斯拉联合创始人兼前CTO JB Straubel，亚马逊前董事，大众前首席科学家等等。拥有超过200名员工，并且多为名校毕业生。 今天我们来具体聊聊QuantumScape的业务内容以及在研技术。 丨什么是固态电池 先做一个小科普，什么是固态电池？它与传统锂离子电池又有什么区别呢？ 首先，固态电池又分为半固态电池和全固态电池两种，但由于全固态电池还没有成熟的研发成果，现在市面上能看到的固态电池实际上都是半固态电池。 传统锂离子电池，像是三元锂电池以及磷酸铁锂电池的组成部分都有阴极、阳极、电解液和隔膜。锂离子在介质电解液的传导下来回游走于阴阳极之间，达到给电池充放电的效果。但这种构造存在一定的危险性，比如电解液在极端情况下会泄漏引发燃爆风险；以及当锂离子穿梭于阴阳极之间时，可能会长出树突（一种针状结构）刺穿隔膜，导致短路也可能引起电池自燃。 而固态电池顾名思义，是用固态电解质代替了电解液来传导锂离子，所以比常规锂离子电池更安全，其他优势还包括能量密度更高，寿命更长等等。 QuantumScape在2020年的官方报告称其拥有包括正在申请中的200多项专利，他们最新的固态电池制造完成后只有阴极、固态电解质和陶瓷隔膜，实现了“无阳极”架构。在这样的结构下，充电时，锂从阴极穿过陶瓷隔膜后会直接生成一个锂金属阳极；而放电的时候，阳极的锂又会流回阴极，这样阳极就又“消失”了。 如下图所示，QuantumScape的锂金属阳极与传统的本身带有阳极的锂离子电池相比，整个电池单位的体积肉眼可见缩小了许多。 来源：QuantumScape QuantumScape最新发布的对单层电池的测试结果表明，其电池技术能够保证电动汽车持续数十万英里的路程，还能够在很宽的温度范围内工作，低至零下三十摄氏度。 他们在1月8日的推特中欣喜地宣布，QuantumScape已经完成了新型电池的超过1100次的充放电循环。并接着举出解释数字背后实际含义的例子：对于能够续航300英里的动力电池组来说，此次突破就等于它能在保持能量密度高于80%的情况下，支持汽车行驶30万英里；而对于500英里的就等于能行驶50万英里。 来源：QuantumScape 去年年末QuantumScape上市以后，股价一路飙升，在12月曾达到131美元的高点，当时的市值在汽车领域仅次于特斯拉。但这种趋势没能被维持下去，顶峰过后一直下跌到现在的50美元上下。最高点之后短时间内如此惊人的大幅度下跌令人难以理解，但当然现在下绝对结论也为时过早。 丨固态电池量产前景 我们不妨来看看QuantumScape未来的公司前景。 首先，QS与大众声称在2025年能够完成整个生产线量产。目前看来，这个目标并不容易达成。Mark Newman，一位Bernstein的分析师之前表示QS仍然存在“巨大的商业化障碍”。今年一月初，财经网站SeekingAlpha的Brian Morin也发布文章称，虽然QuantumScape的科学技术理念非常出色，但是它们的电池体积较小，还不如iWatch的电池大，并且从未在实验室外进行过测试。 QuantumScape已经投入了3亿美元进行技术研发，而在未来的几年内可能都不会有实打实的收入盈利，因此这对于各大投资者来说也会是信任度和耐心的考验。 再次，虽然QuantumScape现在对外表明他们的目标市场将会是电动汽车领域，但ARK基金的一个研究报告认为，由于固态电池的轻量化走向，它未来更有可能被应用于便携式的电子产品当中，像无人机、AR/VR头显设备等相比成本来说更追求轻量化的产品领域。Brian Morin的文章后续也提到，QuantumScape的电池还可以为城市提供能量存储，来缓解滨海城市遇到风暴等极端天气断电的情况。 根据Cipher于2018年发布的一篇报告来看（如下图），QuantumScape在成立八年之后仅持有6项专利，完全不处于领先位置，是丰田占了绝对主导。而两年之后，QuantumScape官方直接表明他们拥有超过200项包括正在申请的专利，因此其中的可信度和专利成熟度可能也有待考量。 来源：Cipher 以上几点可以看出，QuantumScape风刮的很大但却是被严重高估了的。即使放眼整个固态电池产业，领军企业也都还停留在测试阶段。 最后我们来谈谈蔚来发布的“固态电池”：根据官方介绍，能量密度为360Wh/kg的150kWh电池包，原位固化固液电解质，无机预锂化硅碳负极，纳米级包覆超高镍正极，并且计划2022年Q4量产。 其实，蔚来发布的“固态电池”是一种过渡产品，“固液电解质”指的是固态和液态都有的半固态。如果液态比例低，可以叫“准固态电池”，但目前来看蔚来尚未达到准固态的技术水平，更别说全固态了。 不光是电解质，“硅碳负极”也是一种过渡技术。如果希望提高能量密度，需要更换正负极材料，比如负极用上锂金属，但现在的电池容易引发起火风险，所以暂时用硅碳负极来替代。 对于固态电池的时点，产业界的普遍共识是：全固态电池距离商业化还很远，10年内攻克全固态难度挺大，2025年量产基本没戏。由于工艺复杂，固态电池的综合成本会远高于现在的锂电池体系。目前国内的几家固态电池公司无一例外，都还没有大批量制造经验，2022年Q4量产是一个激进的乐观假设。 总结：我们认为固态电池领域虽会是未来大热的电池新思路，但现阶段还是传统锂离子电池占据着主要电动汽车动力电池市场。此外，全固态电池大规模的产业化量产也不太可能在2025年之前完成，至少还需要8-10年的时间。  |
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