无负极固态电池或成2024 年第一匹黑马

　　郭勇

　　固态电池突现无负极概念

　　固态电池被称为是最具潜力的“下一代动力电池”， 但技术路径未明确，量产迟迟未定。而前不久大众集团电池子公司PowerCo 披露， 确认QuantumScape（ 下称QS） 的固态电池通过了首次耐久性测试，其认为这是固态电池量产之路上的里程碑，“无负极”这一有望推翻固态电池原有材料构成的概念开始被人们关注。

　　QS 的无负极（anodeless） 固态电池样本之所以引发如此高的关注度，在于其能够做到充放电1000 次，且在测试完成时电池“ 几乎没有老化”，仍保持95% 的容量（或者说放电能量保持率）。

　　PowerCo 解释称， 对于一辆续航里程500-600 公里的电动车来说，1000 次充放电意味着汽车已经跑了超过50 万公里（而电池接近无损）。为了这次测试，他们在萨尔茨吉的实验室里花了数月的时间。

　　而为了方便外行理解，大众的电池公司进一步解释称，在新开发电池的测试中，耐用性会是最重要的标准。在这一发展阶段，行业的标准目标是700 个充电周期和最大20% 的容量损失，QS 的固态电池在最新测试中显著超过了这些规格。该电池还能满足快速充电能力、安全性和自放电等其他测试标准的要求。

　　想要改变游戏规则的隐形负极

　　电池分正负极是人们长期以来的认知，然而，QS 这一次宣称无负极固态电池究竟是如何砍掉电池长期以来的“负极”呢？

　　传统锂离子电池是5 层结构，包括负极导电层、负极材料、隔膜、正极材料、正极导电层。中间最厚的正负极材料就像书架一样，可以存储锂离子。电池在充放电时，带正电的锂离子会穿过中间的隔膜来回移动，相应的电子就在电池外的电线中流过产生电流，驱动电动机开展工作。而QS 的固态电池，省略了负极材料这一层，减少了近乎一半的体积，所以大大提高了能量密度。但你可能会很吃惊，没有负极材料，电池怎么工作呢？

　　QS 固态电池的主要思路是“无阳极”和固态分离器，整个电池结构为同样大小的“卡片”，与常规固态电池结构不同的有两层，包括阴极和固态陶瓷隔板（固态分离器），无阳极主要是因为专利的固态陶瓷隔板，能够消除碳或碳/ 硅阳极，从而实现无阳极结构。

　　因此，这个负极其实是隐形的，QS开发出了固态的陶瓷隔膜，可以在第一次充电时，在隔膜和负极导电层之间形成锂金属负极，所以叫作无负极固态电池，可以防止锂枝晶的形成，再加上全固态，就完美解决了燃爆问题。当锂金属层形成时，电池会膨胀约1 毫米，放电时锂金属层会消失，所以QS 固态电池设计的时候，结构也比较特殊。

　　值得一提的是QS 的无负极概念固态电池在国内资本市场未被明显讨论。但在学术研究中，无负极固态电池并非新概念。国内大连理工大学化工学院王治宇教授团队、清华大学化工系张强教授团队等均有相关研究，王治宇教授团队相关研究有着类似的表述，将石墨负极材料自电池中去除， 通过正极释锂在电池中原位构建超薄金属锂， 实现“ 锂零过量” 设计的初始无负极电池体系。总体而言，国内在固态电池研发进度上也是相当靠前的。