QuantumScape：锂金属固态电池技术路线及厂商梳理

一. QS公司介绍

QuantumScape成立于2010年，总部位于美国硅谷，由斯坦福大学教授 Fritz Prinz、Tim Holme、Jagdeep Singh创立。

主要股东：大众集团（最大股东）、比尔·盖茨，并于2020年在纽交所上市（代码QS） 。

技术路线：锂金属固态电池。

（1）固态电解质：氧化物陶瓷电解质。

（2）陶瓷隔膜：采用Cobra工艺，提升热处理速度、降低成本及能耗。

（3）无负极设计：充电时锂离子从正极脱出，在隔膜表面沉积形成金属锂负极，放电时锂金属溶解回到正极。

二. 锂金属固态电池结构

2.1 传统锂电池

传统锂电池共有5层材料：负极集流体（铜箔）、负极材料、隔膜、正极材料、正极集流体（铝箔）。

（1）原理：电池充放电时，锂离子在正负极之间（穿过中间隔膜）来回移动，电子通过电池外的电线产生电流。

（2）电解液：正负极材料用来存储锂离子，颗粒堆砌存在缝隙，需加入电解液为锂离子提供移动介质。

2.2 锂金属固态电池

锂金属固态电池只有4层材料：负极集流体（铜箔）、隔膜/固态电解质、正极材料、正极集流体（铝箔），少了负极材料（石墨/硅基）。

（1）原理：充电时锂离子移动到负极一侧，直接沉积形成金属锂负极，不需要储存介质，大幅节省空间。

（2）电解质：锂金属跟电解液接触不稳定，需添加固态电解质。

三. 固态负极材料比较

3.1 硅基负极（硅氧/硅碳）

（1）特性：理论克容量高达4200mAh/g，是传统石墨负极的11倍；性价比和兼容性较好。

（2）技术挑战：充放电过程中体积膨胀率高达300%，易导致电极结构破坏。

（3）改进方向：通过纳米化、材料复合化等方式抑制体积膨胀问题。

3.2 金属锂负极（无负极设计）

（1）特性：理论比容量高达3860mAh/g，锂密度低，减轻电池重量。

（2）技术挑战：锂沉积不均匀引发锂枝晶（可能穿透电解质引发短路）、界面稳定性差（易形成高阻抗界面）、超薄锂制备工艺苛刻。

（3）改进方向：优化固态电解质、隔膜、电极相关工艺。

四. 产业进展

锂金属固态电池具备高能量密度、宽温域、快充、高安全性等优势，被视为动力电池终极形态，但目前仍处于技术发展阶段。

全球范围，QuantumScape、丰田、辉能科技、宁德、赣锋、三星SDI等公司较为领先。

赣锋锂业：锂资源、电解质、电芯的固态电池全链路布局，推进硅基、锂金属负极双路线，铝热还原法制备高纯度锂金属。

英联股份：研发蒸镀锂金属负极技术，产品处于送样测试阶段；深度绑定爱发科，布局铝塑膜、复合铜箔等固态电池材料。

天铁科技：采用铝热还原法与熔盐电解法结合制备高纯度锂金属，欣界能源锂金属供应商。