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2020-09-27 17:42
比尔·盖茨投资的电池公司,可能是特斯拉的劲敌?

本文来自:腾讯科技,审校:金鹿,题图来自:视觉中国


腾讯科技讯 今年9月初,估值约43亿美元的神秘电池初创公司Quantumscape宣布将于第四季度在纽约证券交易所上市,震惊了整个电池和电动汽车行业。如果计划进展顺利,包括大众和比尔·盖茨(Bill Gates)在内的投资者将在对该公司约5亿美元的押注中获得可观的利润。这是最重要的转变,首次公开募股(IPO)将有助于推动电动汽车的大规模商业化。


令人惊讶的是,整件事都建立在一个仍然不确定的基础上:Quantumscape曾做出个轰动一时的断言,用纯金属锂制造固态电动汽车电池已经近在咫尺,但却没有得到外部科学家的证实。纯金属锂是一种珍贵的材料,数十年来一直是全球科技竞赛的主题。


Quantumscape表示,为了上市,它将使用一种越来越流行的、名为SPAC的财务安排。这是一种“快车道”策略,可以加快上市速度,同时避免通常的披露财务细节要求。这种数据精简的方法完全符合Quantumscape长期以来以痴迷于隐身著称的名声,并不一定意味着任何粗略的东西。


但它确实迫使专家(更不用说外部投资者和其他所有人)或多或少地信任Quantumscape及其新合作伙伴,即已经上市的空壳公司肯辛顿资本收购公司。按照SPAC的规则,Quantumscape将与后者合并。习惯了无营收初创公司进行IPO的华尔街,似乎对遇到一家没有营收或产品证据的公司时似乎并不担心,肯辛顿的股价在宣布这一消息的9月3日翻了一番。


新式超级电池


但对电动汽车和电池公司来说,盲目信任是个相当大的挑战。1883年,托马斯·爱迪生(Thomas Edison)曾宣称电池行业是“股票骗子”的专属领域,而过去十年是个典型的高额索赔和彻头彻尾的欺诈时期,供应商生产时髦的电动汽车概念车和据称具有开创性的电池为其提供动力。


现在,Quantumscape推出了幻灯片演示,称与传统锂离子电池相比,其电池将推动大众市场电动汽车续航增加约90%,充电甚至可在15分钟内完成,而且成本低于现有的电池。Quantumscape表示,大众计划在2025年之前为部分车辆配备其电池。


这些都是对具有异常快速部署能力的革命性电池的描述,问题是Quantumscape和大众真的能做到这一点吗?在接下来的几周里,电池和电动汽车社区表达了他们的怀疑。在极短的时间内,将一个早期的、完全实验性的电池系统转变为商业规模的工厂似乎仍然面临着深刻的挑战。


无论是在网上铺天盖地的闲聊中,还是在与学术、行业和咨询专家的谈话中,都没有人怀疑Quantumscape落入了爱迪生抨击的阵营,即这些公司属于“欺骗公众的机制”。没有人相信该公司电池能够在规定的最后期限前进入大众2025年的电动汽车市场。尤其令人不安的是,Quantumscape没有披露任何数据,让任何人都可以评估它的说法,特别是考虑到这种保密性始终是过去十年来最臭名昭著的电池骗子的标志。


Solid Power是Quantumscape的领先竞争对手,得到了宝马(BMW)、福特(Ford)和现代(Hyundai)的支持。Solid Power首席执行官道格·坎贝尔(Doug Campbell)为自己的初创公司辩护时表示,最终谁会让第一款金属锂动力电动汽车上路,Quantumscape、他自己的公司抑或是其他公司,目前还没有定论。


以丰田为例,该公司也曾表示,预计到2025年将部署一款金属锂电池驱动的汽车,尽管它仍需降低成本。当坎贝尔被问及是否会被Quantumscape超越时,他回答道:“他们是怎么抢在我们前面的?他们有没有在创造性的融资计划上抢先一步?那是一场我们甚至没有参加的比赛。”


一时间,电动汽车和未来电池风靡一时。自2008年以来,埃隆·马斯克(Elon Musk)和他的电动汽车公司特斯拉(Tesla)在很大程度上占据了这个领域的主导地位。通过在加州弗里蒙特举行网络直播的“电池日”活动,马斯克证明了他仍然是这个领域举足轻重的存在。


但是,被特斯拉惊人的成功从昏昏欲睡中惊醒过来后,大批竞争对手正在紧盯着马斯克。随着内燃机逐渐成为20世纪和21世纪初的遗迹,为了争取主导地位,各大汽车制造商宣布计划在未来五年内推出数十款电动汽车。小型电动汽车和电池初创公司也宣布了类似的计划,它们不是一家SPAC的目标,而是至少10家,除了一家之外,几乎没有任何收入,但加在一起,它们的平均估值为18亿美元,相当于“独角兽”的地位。


现在还不可能知道谁会赢得电动汽车竞赛,甚至是在这场竞赛中幸存下来,但美国领先的汽车制造商感到不舒服的一个迹象是,他们与某些初创公司建立了合作伙伴关系,转向了安全地带。这些合作包括大众和Quantumscape、福特和豪华皮卡制造商Rivian、通用汽车公司和另一家刚刚上市的电动卡车公司尼古拉(Nikola)


然而,电池竞赛可能是最重要的。电池占电动汽车成本的三分之一到一半,如果你的目标是使汽车成为主流产品,那么在能量密度和成本方面的持续进步至关重要。地球上几乎每一辆电动汽车都主要是由锂离子电池提供动力的。虽然锂离子电池是40年前在牛津大学发现的,但它们仍然是商业使用中最先进的电池。事实上,锂离子正处于一项关键突破的风口浪尖上:通过给予电动汽车与传统燃油汽车同等的成本,让电动汽车跨越一个关键的消费者障碍。如果它们的价格相同,电动汽车在跨界SUV和皮卡等热门类别的销量可能会激增。


但在一个2019年售出9000万辆新车的全球行业中,电动汽车到底会变得多大,这一点仍然存在疑问。相比之下,去年全球电动汽车销量约为210万辆,仅占总销量的2.3%。为了获得更高份额,汽车制造商需要打入中等价格市场。在这个市场上,汽车价格低于3万美元。这就解释了为什么人们疯狂地寻找锂离子电池之后的下一种电池的原因,一种基于金属锂的电池,这种电池可以让电动汽车变得便宜得多。


新材料新设计


用纯锂金属制造电动汽车电池的追求回到了它的基本性质,它是元素周期表中最轻的金属,因此可以大量填充到小型移动电池中,在不拖累它所驱动的产品的同时储存大量能量。但这始终是个危险的追求,因为金属锂与水分子高度反应,使其具有爆炸性。过去十年里,波音(Boeings)、三星(Samsung)智能手机和特斯拉Model S上的锂离子电池都着火过。当被称为枝晶(dendrites)的生长物让锂离子电池的正负电极相互接触时,锂离子电池也会发生致命的短路。30年来,美国能源部花费了数千万美元资金,试图解决这些缺陷,并允许创造一种商业金属锂电池,从而打开美国电动汽车的大众市场。


研究人员始终在尝试的领先解决方案是“固态”电池。这个想法是取消液体电解质,即位于两个电极之间的电池中介层,取而代之的是一种不可燃的固体。这将消除易燃性问题。但固体电解质有其自身的技术问题,特别是它对枝晶的敏感性,即会使电池短路的尖峰生长。


2010年,芝加哥郊外的阿贡国家实验室(Argonne National Laboratory)化学家杰克·沃伊(Jack Voke)获得了能源部为期三年的拨款,以解决锂金属难题。沃伊知道,使锂金属加工的关键是将其沉积在铜集电器的表面上,该表面光滑,没有任何隆起、起伏或任何类型的缺陷。如果有任何这样的缺陷,它们必然会长成致命的枝晶结构。


不仅如此,锂还必须能够在电池的充放电循环中来回穿梭,而且每次都要一次又一次地平坦地沉积在电流收集器上。它不会留下任何皱纹、细纹或皱褶。但无论如何,芝加哥郊外的电池投资公司Volta Energy Technologies首席技术官大卫·施罗德(David Schroeder)说:“这不是一帆风顺的,而是一团糟。”施罗德与沃伊在该项目上进行了合作。2013年,该项目以失败告终。


大约在那个时候,Quantumscape开始了自己对金属锂的挑战。三年前,斯坦福大学教授弗里茨·普林斯(Fritz Prince Z)、他的博士生蒂姆·霍尔姆(Tim Holme)和硅谷知名企业家贾格迪普·辛格(JagDeep Singh)成立了这家公司,后者将担任首席执行官。


辛格在筹集资金方面有着非凡的技能,并迅速从硅谷最著名的两位风险资本家凯鹏华盈(Kleiner)的约翰·多尔(John Doerr)和维诺德·科斯拉(Vinod Khosla)那里吸引了2300万美元的初始投资。随后又进行了更多轮融资,直到该公司积累了2亿美元的风投资金和另外3亿美元的大众资金。Quantumscape可能已经成为美国最富有的电池初创公司,一个雇佣了许多人所说的、在任何领域都最集中的顶级电池人才的巨人。


2014年,Quantumscape为一种新材料申请了一系列专利中的第一项,该专利承诺最终解决金属锂电池工作的许多障碍。这种材料是由一位名叫维尔纳·韦普纳(Werner Weppner)的德国化学家在2007年左右发明的,他是克里斯蒂安-阿尔布雷希茨大学的教授,以其化学首字母缩写LLZO而闻名。作为自己项目的一部分,阿贡的沃伊自己也参与了韦普纳的发明。


LLZO吸引了很多人的兴趣,部分原因是,与大多数固态电解质不同,LLZO在与金属锂接触时不会解体。然而,沃伊和施罗德发现了另一个恼人的问题:当电池开始循环时,金属锂一个原子一个原子地埋在组成LLZO的微小颗粒的下面和中间。一旦嵌入其中,原子最终会击穿材料,使电池短路。


鉴于Quantumscape偏爱保密,目前尚不清楚它是如何解决一个令人望而却步的问题的,即在一次又一次的循环中保持超光滑的金属锂表面,并防止锂钻入和切割LLZO。但到今年夏天,当SPAC狂热完全席卷美国电动汽车和电池领域时,Quantumscape已经为LLZO积累了至少18项专利。在忽略细节的同时,Quantumscape首席执行官贾格迪普·辛格表示,他的团队已经解决了“数百”个漏洞,最终推出了一种可以正常工作的金属锂电池,至少可以小规模供应。


电池行业在过去十年中取得了许多成就,但也不乏失败。2011年款日产Leaf一次充电可以行驶117公里,今天完全负担得起的雪佛兰Bolt一次充电可以行驶417公里,而且这一标准正在迅速增长,达到以前无法想象的480公里甚至更多。这些汽车中被低估的电池达到了其他令人望而生畏的标准,比如允许车辆快速加速,立即利用和使用大量储存的能量,并避免火灾或爆炸。此外,较新电池的成本大幅下降,使得电动汽车变得越来越便宜。


一路走来,也有许多“黑马”惨遭失败。2012年,硅谷小型初创公司Envia击败了老牌公司,赢得了一份为期四年的合同,为通用汽车公司即将推出的旗舰电动博Bolt生产续航320公里的电池,从而完成了一项非凡的壮举。然而,仅仅几个月后,这笔交易就破裂了,因为事实证明,Envia始终在夸大其电池的性能,甚至夸大了它在生产电池中的作用。韩国巨头LG最终为通用汽车提供电池,Envia这个名字成为该领域欺骗的象征。


2015年,总部位于密歇根州的Sakti3是同时代最神秘的电池初创公司之一,由于有报道称该公司一直在大幅夸大自己的成就,该公司以9000万美元的价格将自己出售给了吸尘器公司戴森(Dyson)。在接下来的四年里,戴森放弃了Sakt3的核心专利,让Sakt3首席执行官安·玛丽·萨斯特里(Ann Marie Sastry)离开了公司,并取消了基于收购的电池计划。最后,在花费了6亿美元后,戴森完全削减了电动汽车计划。在最新声明中,通用的电动卡车合作伙伴尼古拉创始人辞职。有报道称,美国证券交易委员会(SEC)和司法部正在调查有关尼古拉夸大技术误导投资者的指控。


当电池领域参与者对缺乏来自Quantumscape的任何数据来证实其说法表示失望时,他们脑海中经常浮现的是Envia和Sakti3的前车之鉴。在Quantumscape首次公开募股之前,电池界对其保密性的评论更多的是文化上的变化,即一种对其倾向的描述。然而,现在这个问题是一个坚定不移的抱怨,Quantumscape正在向公众出售股票,但它需要对诸多疑问予以澄清。


该公司首席执行官辛格是一名训练有素的计算机科学家,他低调而冷静,在硅谷以强硬、专一的企业家著称。他提到了Quantumscape的历史。他认为,披露信息反映了公司的弱点:当你缺乏现金时,你被迫走出去,通过谈论自己来筹集资金。自从Quantumscape获得充裕的现金以来,它就拥有了保持沉默的特权。他还说,这还不是全部,谈论是廉价的,其他电池公司在实际拥有强大的产品之前也曾制造国许多荒唐的故事。他说,这就是为什么即使公司已经弄清楚了金属锂,它仍然依赖大众发布了一份验证声明的原因,而自己仍然什么也没说。


经得起验证?


只是,目前还不清楚大众是否已经验证了Quantumscape的电池技术。2018年6月,大众宣布将向Quantumscape投资1亿美元。作为交易的一部分,这家汽车制造商发布了一份声明,这份声明纯粹是对这家初创公司前景表示的信心:“大众成功地在德国测试了Quantumscape早期固态电池的样本,以汽车的功率运行,这是行业第一次。”


但三个月后,也就是2018年9月,当这笔投资完成时,大众热情洋溢的措辞发生了微妙的变化。在新的新闻稿中,大众说:“大众已经在德国测试了Quantumscape早期固态电池样本,以汽车的功率运行。”这个版本省略了“成功”和“行业第一”这两个词,只指出电池已经过测试,这是个不明确的用于,因此没有意义。


更奇怪的是,在围绕SPAC-Quantumscape的亮相派对的促销活动中,这家公司第一次公开谈论自己的产品,其幻灯片套装引用了大众的第二份声明,而不是第一份声明。像Quantumscape这样一丝不苟、煞费苦心的公司,似乎不可能遗漏了关键描述符。


但这是辛格和大众媒体关系负责人恩里科·贝尔茨(Enrico Beltz)都建议的。他们分别表示,第二份声明中的遗漏是无意的,并未表明大众对初创公司电池的态度有任何改变。就IPO宣布时的幻灯片而言,辛格表示,没有人注意到其中的措辞。


所以,在贝尔茨被问及大众是否验证了Quantumscape的电池时,他通过电子邮件回复说:“Quantumscape正在以良好的方式开发这项非常有前途的技术,所有的测试都显示出良好的进展。详情请直接与Quantumscape联系。”他指的是什么测试?“良好进展”的定义是什么?为什么他不毫不含糊地回应说:“事实上,我们已经确认了它们的技术。”


贝尔茨还被问及,大众是否会像辛格所说的那样,在2025年商业化销售的汽车中部署Quantumscape的电池。他回应说:“我们正在与Quantumscape一起制定时间表,这项技术研究活动的下一步将是敲定进一步决定的关键。”再一次,大众似乎放弃了任何具体的保证,即Quantumscape的材料何时或是否会进入大众集团的汽车。


这给人的感觉是,Quantumscape陷入了一个循环,与世隔绝了很长时间,以至于保密现在成了其本能。任何领域的推销员都会在辛格的笨拙中表现出轻微的商业夸张。例如,他称,Quantumscape是唯一一家通过大型汽车制造商以行业要求的充放电速率验证其金属锂电池的公司。但Solid Power的道格·坎贝尔(Doug Campbell)断言,他的公司也这样做了,尽管他不愿透露到底是现代、宝马、福特或日产中哪家汽车制造商为其投资。


然而,辛格的评论却直截了当。他说,他不准备为这篇报道提供确凿的数据,但他确实打算在第四季度公布一些数据,作为股票分析师活动的一部分。他对时间没有表态,当股票代码改为QS,Quantumscape正式上市时,在没有该公司声称的证据的情况下,投资者仍有可能买入和卖出该股票,但至少会有数据。


在实现商业化生产之前,Quantumscape还有很长的路要走。他说,到目前为止,最困难的事情是掌握LLZO,这需要如此多的调整。实际上,辛格的团队已经“发明了一种全新的材料”。竞争对手可以试图迎头赶上,但辛格表示,这将是困难的。手中有10亿美元的现金,Quantumscape有足够的资金迈出下一大步——扩大规模。辛格说,“剩下的是执行风险”,他指的是以商业规模生产该产品,他们真正有机会将这种产品推向市场。


同样,有些电池专家对此表示怀疑。通常,出于方便和成本的原因,电池制造商试图在室温下完成所有工作。但LLZO粉末必须加热到1300摄氏度才能形成致密的薄片,而且它必须铺设得很薄(只有20微米,不到人类头发厚度的一半)。Quantumscape的电池必须从单层放大到堆叠,才能插入棱柱形电池组。


而且还有一个常见的问题,那就是金属锂的均匀铺设。许多专家认为,即使所有这些都按计划进行,包括沿途的严格测试,这一过程也会花费大量时间。可再生能源咨询公司Bloomberg NEF的能源储存主管詹姆斯·弗里思(James Frith)估计,Quantumscape可能要到2027年左右才能为商用车做好准备,比计划晚了两年。


瑞士联邦材料科学与技术实验室的博士生乔迪·萨斯特雷·佩利特尔(Jordan I Sastre Pellizer)正在研究LLZO的论文,他在社交媒体上写了一篇阅读量很大的帖子,对这种材料的实用性提出了质疑。佩利特尔表示:“我不得不说,在我看到一些电池的实际数据和他们声称的性能之前,我仍然相当怀疑。”


当然,并不是只有坏消息。主要担心之一是LLZO太脆,在制造过程中可能会破碎。但长期与LLZO合作的密歇根大学教授杰夫·萨卡墨脱(Jeff Sakamoto)表示,这是没有根据的。他说,在100微米的厚度下,LLZO变得灵活和可弯曲,可以很容易地集成到目前的锂离子滚压机中。他说:“大自然给了我们一个喘息的机会。一个很大的好处是,目前,我们不需要违反物理学常识就能实现这一点。”


只要Quantumscape的故事以验证安装在大众汽车上的金属锂和固态电池结束,目前围绕其不透明的挫折感就会被遗忘。该公司可能会成为如何做大型电池科学的新典范:向一支顶尖的团队投入一大笔钱,把他们锁在一个房间里,然后给他们十年的时间来生产一些东西。


考虑到正确使用电池的利害关系,比如减少化石燃料的使用,在苦苦挣扎的“锈带”(美国东北部五大湖附近的传统工业区)创造新的就业机会等,这将是一个巨大的胜利。问题是,如果在经历了这一切之后,Quantumscape未能兑现诺言会怎样。


这可能也符合电池行业的传统,哥伦比亚大学教授丹·斯坦加特(Dan Steingart)表示:“电池公司始终都在做出大胆宣言,社区已经对此有了免疫力。我处于信任但验证模式。但如果Quantumscape成功的话,这将掀开电池领域的新篇章。”


本文来自:腾讯科技,审校:金鹿

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