据MIT Tech Review报道,美国固态电池公司QuantumScape在2025年宣布一项专有的大规模制造方法,可快速生产并热处理其电池所用的陶瓷电解质;该公司称,这种陶瓷材料与锂兼容,不会形成枝晶。公司将这一工艺视为推进固态电池商业化的重要一步。
QuantumScape于2010年在硅谷成立,获得比尔·盖茨支持。其联合创始人兼首席技术官Tim Holme表示,公司花了约10年时间学习如何加工这种陶瓷材料以满足其他要求。他称,传统陶瓷生产需要在炉中缓慢加热数天,公司已将这一过程缩短至数分钟,“此前陶瓷领域没有人做到过”。
固态电池用陶瓷或聚合物等固体电解质替代锂离子电池中的液体电解质,理论上充电更快、寿命更长、能量密度更高且运行温度更低。但该技术十多年来一直被认为“距离商业化只剩几年”。在锂金属负极设计中,充电时容易生长出针状枝晶,枝晶可能穿透电解质并导致电池短路;固体电解质本应物理阻挡枝晶,但许多材料会像树根顶开混凝土一样开裂。
规模化制造也是障碍。量产需要大量无缺陷的类陶瓷片材来制造电解质,并且需要干燥车间进行组装,因为这些电解质容易与水反应。潜在制造商给出的固态电池价格区间不同,但多数预计到本世纪30年代中期,其成本将与锂离子电池组相当。
其他公司也在推进。丰田2010年启动固态电池研究,目前正与出光兴产合作建设试点工厂,承诺车辆充电10分钟或更短时间可行驶至多745英里。中国宁德时代约占全球电池市场40%,2024年单独投入近26亿美元用于研究项目。梅赛德斯去年秋天在一辆EQS轿车上配备固态电池,连续行驶750英里后仍有余量。
成本仍会影响推广。汽车电池潜在市场巨大,但成本小幅上升通常会转嫁给买家,因此首批固态电动汽车电池难免更贵。电网储能买家正应对数据中心带来的需求增长,可能不愿购买尚未降本的新技术;不过,若储能时长能超过锂离子电池典型的8小时,他们可能更容易被说服。
一些公司借鉴核聚变行业的做法,先进入利润率更高的近期市场,为开发和降本提供资金。加利福尼亚州的Solid Energies和总部位于亚利桑那州的Sion Power等固态电池公司正考虑向航空业或军方销售电池。彭博新能源财经电池技术与供应链负责人Evelina Stoikou表示,这些行业对成本不那么敏感,通常所需数量也较少,是验证概念、资助试点工厂并最终扩大规模的好方式。