固態(tài)動力電池量產(chǎn)提前 全固態(tài)動力電池預(yù)計2030年將實現(xiàn)商業(yè)化

固態(tài)電池的量產(chǎn)時間比我們預(yù)期提前到來：2021年，固態(tài)車用動力電池就將量產(chǎn)；2024年，全固態(tài)車用動力電池也將量產(chǎn)。

12月16日，在第十屆全球新能源汽車大會動力電池論壇，臺灣固態(tài)電池生產(chǎn)商輝能科技業(yè)務(wù)處總監(jiān)鄭博倫表示，輝能將比絕大多數(shù)固態(tài)電池廠商都提前將動力電池量產(chǎn)，在2021年（非全固態(tài)）達(dá)到1GWH的產(chǎn)能，2023年全固態(tài)電池試產(chǎn)，2024年全固態(tài)量產(chǎn)。

他表示，這一進(jìn)度，比豐田公布的時間表要提前4年左右。

12月7日，在2019（第六屆）電車人大會上，另一家固態(tài)電池生產(chǎn)商，北京衛(wèi)藍(lán)新能源副總經(jīng)理向晉也表示，2021年，該公司的半固態(tài)車用動力電池就會推向市場。

這一進(jìn)度明顯快于業(yè)界預(yù)期。此前，中國科學(xué)院院士歐陽明高預(yù)測，全固態(tài)電池估計在2025-2030年后才會實現(xiàn)商業(yè)化。中國動力電池創(chuàng)新聯(lián)盟副秘書長王子冬預(yù)測，全固態(tài)電池預(yù)計2030年將實現(xiàn)商業(yè)化。

輝能的固態(tài)動力電池性能如何？他們?yōu)槭裁从行判膶⑵淞慨a(chǎn)化？其商業(yè)競爭力如何？

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六大性能指標(biāo)：

安全性突出，電芯能量密度待提升

鄭博倫介紹了輝能目前產(chǎn)品的六大性能。

性能1：高安全

固態(tài)電池最令業(yè)界期待的就是安全性。目前輝能固態(tài)電池在國家級汽車質(zhì)檢中心的測試報告顯示，輝能NMC811電池，不僅在熱失控的溫度上表現(xiàn)優(yōu)于LG化學(xué)的NMC622和松下NCA，而且最高溫升也不會像后兩者那么高。

輝能NMC811要達(dá)到226℃才熱失控，而后兩者分別在190℃和200℃就已經(jīng)熱失控。最高溫升，輝能NMC811達(dá)到340℃之后，就降溫，無起火燃燒，而后兩者溫升高達(dá)640℃，隨后都起火燃燒了。

他們還通過了過充電、外部短路、加熱和熱板測試，均未發(fā)生爆炸、起火、燃燒現(xiàn)象，甚至現(xiàn)在已經(jīng)從國標(biāo)中取消的穿刺，他們也通過了。

性能2：比能量潛力大

在能量密度方面，鄭博倫坦承，由于氧化物、硫化物電解質(zhì)密度問題，比液態(tài)顯得劣勢，但是采用更高正、負(fù)極材料，可以使得其電芯能量密度可以和一般鋰電池相差無幾。比如輝能2020年的軟包電芯密度可以達(dá)到255wh/kg，和寧德時代的245wh/kg，松下的21700的257wh/kg差不多。

但是到了模組和電池包級別，輝能產(chǎn)品能量密度超過了傳統(tǒng)液態(tài)電池，其2020年模組和系統(tǒng)的能量密度分別將達(dá)到222wh/kg和179wh/kg。

鄭博倫介紹，這得益于輝能自主開發(fā)的MAB架構(gòu)。MAB 是指Multi-Axis BiPolar+，是輝能基于其固態(tài)電池而自主研發(fā)的多軸向雙極封裝技術(shù)。這一架構(gòu)，使得它在模組層面，重量成組效率高達(dá)87%，電池包重量成組效率高達(dá)80%。

在能量密度上，輝能期望在第二代固態(tài)電池上還有大提升，主要采用更高能量密度的正負(fù)極材料，比如，納米硅或鋰金屬負(fù)極；高壓NMC和NCA的正極材料。到2021年，電芯能量密度方面，就將突破傳統(tǒng)液態(tài)電池的密度平臺，持續(xù)提升。電芯體積能量密度方面，2025年甚至能達(dá)到960Wh/L；系統(tǒng)體積能量密度達(dá)到672 Wh/L，比傳統(tǒng)液態(tài)電池包高近乎一倍（下圖）。

性能3：

PACK成本在電芯產(chǎn)能20GWh之后展現(xiàn)優(yōu)勢

固態(tài)電池在商業(yè)化過程中，早期必然遭遇規(guī)模不足的問題。而且，由于引入新材料，成本也上升了，固態(tài)電池的總體成本也上升。

鄭博倫解釋，如果不用新材料，在現(xiàn)有正負(fù)極基礎(chǔ)上，該公司的電芯產(chǎn)能逐步釋放之后，成本會拉低，電芯和液態(tài)電芯接近。但該公司的MAB提升了成組效率，能提供更高能量密度的電池包，最終在電池包級別實現(xiàn)更低的成本。

他們的測算是，電芯產(chǎn)能達(dá)到20GWh時，電芯成本是液態(tài)的1.1倍，而電池包成本達(dá)到液態(tài)電池包的98%。

電芯產(chǎn)能

電芯成本

PACK成本

1GWh

1.6

1.3

10GWh

1.3

1.05

20GWh

1.1

98%

注1：材料為NMC811+石墨（相同能量密度下）注2：成本比例算式：固態(tài)/液態(tài)資料來源：鄭博倫演講

如果對比豐田2022年、特斯拉2018年和輝能2020年的電芯能量密度水平和最終成組后的電池包能量密度，盡管特斯拉電芯密度高達(dá)742Wh/L，高出一截；但最終輝能電池包的能量密度可達(dá)384Wh/L，比豐田的338 Wh/L和特斯拉的245Wh/L要好很多（下圖）。

性能4：

快速充放能力突出

鄭博倫透露，輝能的固態(tài)電池快充超越液態(tài)電池，在充電倍率方面，由于18650、21700，在不同充電模式下同于或優(yōu)于SONY。而且溫升控制得也不錯。

快放方面，輝能電池5C放電能力和SONY的18650同等級，而且溫升大幅低于18650。

性能5：

長壽命

鄭博倫稱，輝能電池能在1800次循環(huán)后余電保持在80%以上。

性能6：

操作溫度廣

充電的工作溫度范圍，輝能的電池可以在-20℃-85℃，強于一般鋰聚合物電池的0-45℃；放電工作溫度范圍，最低至-40℃，最高至115攝氏度。

鄭博倫表示，在這六大指標(biāo)中，競爭敵手在安全、成本、快充、壽命和環(huán)境耐受性上，基本上都還沒有測試數(shù)據(jù)，而輝能不僅有測試數(shù)據(jù)，而且表現(xiàn)不錯。

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達(dá)到量產(chǎn)指標(biāo)

在實驗室做出固態(tài)電池容易，要大規(guī)模量產(chǎn)，則還有漫長的路要走。

鄭博倫認(rèn)為，固態(tài)電池量產(chǎn)必須經(jīng)過三個階段。

首先是4-6年的實驗室/樣品線階段，要實現(xiàn)單一性能突破。

其次是5-8年的產(chǎn)品商業(yè)化階段，要實現(xiàn)前述六大指標(biāo)。

再次是2-3年的中試線階段，要實現(xiàn)四大量產(chǎn)指標(biāo)，包括工程能力、全線良率、產(chǎn)品一致性和壽命保證（電壓偏移率）。而輝能目前做到的水平是，工程能力方面有2907個質(zhì)量控制點，全線良率92%，產(chǎn)品一致性達(dá)標(biāo)（1C500次循環(huán)后，平均荷電率為91.9%），電壓偏移率控制在0.04。

最終所謂的量產(chǎn)，他定義起碼是GWh級的生產(chǎn)規(guī)模，成熟的產(chǎn)業(yè)鏈，包括高度自動化、高全線良率和供貨穩(wěn)定。

在通向量產(chǎn)的路上，電解質(zhì)的技術(shù)路線是一個重大影響因素。鄭博倫介紹，在2017年以前，業(yè)界以固體聚合物和硫化物為主，2018年以后一氧化物和硫化物為主。

氧化物電解質(zhì)一般需要用高溫?zé)Y(jié)保持導(dǎo)電性，但這不利于大量量產(chǎn)。輝能的解決方案是，將氧化物以壓合方式取代高溫?zé)Y(jié)，成本和工藝大量生產(chǎn)。

3

意圖搶占26%全球市場

由于電動汽車行業(yè)的需求，電池行業(yè)不斷尋求更高能量密度、更高安全性的動力電池。固態(tài)電池是全球公認(rèn)的技術(shù)方向之一，因此很多企業(yè)都在此布局。

日本的豐田、松下，韓國的三星和LG化學(xué)，中國的寧德時代、衛(wèi)藍(lán)新能源、清陶、鋒鋰，歐洲的STMicroelectrionics，美洲的Solid Power、QuantumScape、SolidEnergy、Ionic Material等諸多企業(yè)都在布局。也有的知名企業(yè)，比如博世、SakTI3等公司的固態(tài)電池達(dá)產(chǎn)計劃，已經(jīng)放棄或落空。

但是輝能則在2017年-2018年試產(chǎn)了第一代固態(tài)動力電池，2020年將實現(xiàn)第一代固態(tài)動力電池1GWh的產(chǎn)能。

而且，輝能規(guī)劃了雄心勃勃的全球產(chǎn)能，在2023年，他們在亞洲建廠，預(yù)計產(chǎn)能達(dá)到9GWh，全球市占率3%；2024年進(jìn)入美國和歐洲，2025年達(dá)產(chǎn)54GWh，市占率10%；2030年388GWh，市占率26%（下圖）。

在固態(tài)電池量產(chǎn)之后，裝載固態(tài)電池的電動汽車也將量產(chǎn)。根據(jù)鄭博倫提供的數(shù)據(jù)，2022年，中國和日本將各有一個裝載固態(tài)電池的車型量產(chǎn)。

目前，國內(nèi)新造車勢力積極和輝能合作，天際、愛馳、威馬、蔚來等都傳出過與輝能簽署協(xié)議或者合作備忘錄的新聞，探索固態(tài)電池裝車商用化。不過，目前尚無確切消息。

輝能的固態(tài)電池如能順利量產(chǎn)，確實超出業(yè)界預(yù)期，其性能表現(xiàn)也不錯。不過以上信息基本來自輝能單方面介紹，對比的一些參數(shù)也不是競品最新參數(shù)。我們會對輝能的固態(tài)電池進(jìn)展和表現(xiàn)，保持跟蹤和報道。