骨架隔膜能拯救氧化物固态电池吗？
锂电那些事今日第二条2025年07月10日 星期四
2025年6月24日，美国固态电池初创公司QuantumScape(QS)宣布，其新一代固态电池隔膜生产工艺Cobra正式投入运营。相较于上一代Raptor工艺，其热处理速度快了25倍，同时大幅度缩减了设备占地面积，可支持日后GWh级别的产能要求。
消息发布后，QS的股价上涨超过30%。那么，这个Cobra到底是什么工艺？在硫化物全固态电池为主流的今天，能否拯救岌岌可危的氧化物固态电池，本文带您分析。
一、QS固态电解质膜解析
其实本次QS发布的信息并不多，对其中核心的工艺介绍更是一笔带过，这也是这家公司一贯的套路。字越少，给人想象的空间越大，股价才可能持续上涨。
不过通过高工锂电的文章（参考QuantumScape股价飙升，固态电池隔膜风向生变？），我们可以窥探其核心工艺就是在基膜上涂覆陶瓷浆料后进行高温处理。
难点在于如何在高温烧结且无辊压的工艺中，让陶瓷层在无缺陷的情况下收缩形成一个既超薄又完全致密的结构。
因为氧化物电解质本身的硬度比较高，不容易被压缩成特别致密的薄膜。通常颗粒之间都会有明显的空隙。
一方面，要求陶瓷浆料和基膜加热过程的收缩率一致，另一方面，设备的温度控制也要更加精准(±1℃)。
这样一来，其实工艺的核心反倒是上游基膜了。所以国内具备骨架隔膜技术的相关企业也跟着QS来了一波股价的飞涨。
不过要注意的是，QS采用Cobra 工艺制备的固态电解质隔膜，其电池性能并未展示。也就是说，制备效率的提升并不一定保证性能。
而且除了隔膜外，电池制备的整体优率依然没提，参考此前的文章（从风投角度看固态电池的未来），需要涂覆12mile的固态电解质层才能挑选出合适的12片电解质层，因为存在固态电解质膜破裂的问题。
为了保证性能，其整体的优率低于100ppm，是无法量产的状态。
所以说氧化物电解质的路线，基本都要跟聚合物进行复合。复合之后可制造性会有大幅改善，但是其锂离子迁移系数以及电导率无法保证了。
因为氧化物电解质层必须要紧密接触才能发挥出固态电解质传导锂离子的本征特性。
这个中科院上海硅酸盐所的温兆银老师早在三年前的文章中就验证过了（参考全固态电池更加务实了以及文章Adv. Energy Mater. 2023, 2204028）。
如果只是把聚合物和氧化物均匀混合的话，那么所有的氧化物颗粒都会被聚合物分开，没有连续的离子传输路径，起不到导离子的作用。
如图中的Ceramic Powder-CSSE，其电导率0.908mS/cm不如固态电解质骨架隔膜的1.19mS/cm（Ceramic Skeleton-CSSE）
而且锂离子迁移系数更是千差万别，前者接近于液态电解液（~0.36），后者更接近于固态电解质（~1.0）。
而要制备固态电解质骨架隔膜的话，首先是通过传统涂布的方式制备多孔的固态电解质膜，图中的LLZO骨架。
其次用聚合物的前驱体来浸润该骨架，再通过UV紫外光触发前驱体聚合，形成最终的复合隔膜。其厚度可以控制在12μm, 达到了商业应用的水平。
正是由于超薄电解质复合隔膜的使用，采用锂金属负极和高镍Ni83正极，制备的软包电池能量密度达到了376Wh/kg以及1176Wh/L, 0.5C循环200圈容量保持率为85.4%，整体的性能水平还是不错的。
不过三年过去了，该技术并没有大规模商业化。一方面可能是成本原因；另一方面，作者在文章的支持材料中有提到，就是这款固态电池依然添加了液态电解液。
添加量为8mg/cm2, 按照软包电池10cm2的面积来计算，添加量为80mg, 对应注液系数~2g/Ah。
虽然大幅低于目前的三元中镍电池，但是如此高的电解液含量显然不能称之为全固态电池。
笔者之所以详细的介绍了温老师这篇文章的内容，是因为QS氧化物固态电池技术的本质跟这篇文章类似。都是高镍正极，都是锂金属负极（当然QS宣称是无负极锂金属电池）。
所以QS的电池也是必须要加电解液的，尽管在5Ah左右的电芯上验证出来的安全性能还不错（参考QS股价暴涨，固态电池产业化拐点将至？）。
但是放大容量到50Ah以上，其对于安全的改善幅度可能大幅缩水，到时也无法支持目前高昂的估值了。
QS类似于当年的Envia System，大概率会无疾而终（参考富锂锰基电池能否东山再起？）。
至少在电动汽车领域，任何低效率，高成本的技术都很难立足。也许在消费电子产品或者低空飞行器领域才有用武之地。
小结：QS最新的Raptor隔膜制备工艺，虽然大幅提高效率，但是其综合性能还未展示，而且氧化物固态电池本质上都是含有很多电解液的。即便有骨架隔膜技术的加持，能够提到离子电导率，至多也就是Almost solid state, 算不上全固态电池。
一旦容量放大到车规级50Ah以上后，其安全方面的短板就会暴露无遗，不会对行业有太大的冲击。真正的全固态，还得看硫化物了。
