固态动力电池量产提前

固态电池的量产时间比我们预期提前到来：2021年，固态车用动力电池就将量产；2024年，全固态车用动力电池也将量产。

12月16日，台湾固态电池生产商辉能科技业务处总监郑博伦表示，辉能将比绝大多数固态电池厂商都提前将动力电池量产，在2021年（非全固态）达到1GWH的产能，2023年全固态电池试产，2024年全固态量产。这一进度，比丰田公布的时间表要提前4年左右。

12月7日，在2019(第六届)电车人大会上，另一家固态电池生产商，北京卫蓝新能源副总经理向晋也表示，2021年，该公司的半固态车用动力电池就会推向市场。

这一进度明显快于业界预期。此前，中国科学院院士欧阳明高预测，全固态电池估计在2025-2030年后才会实现商业化。中国动力电池创新联盟副秘书长王子冬预测，全固态电池预计2030年将实现商业化。

辉能的固态动力电池性能如何？他们为什么有信心将其量产化？其商业竞争力如何？

郑博伦介绍了辉能目前产品的六大性能。

性能1：高安全

固态电池最令业界期待的就是安全性。目前辉能固态电池在国家级汽车质检中心的测试报告显示，辉能NMC811电池，不仅在热失控的温度上表现优于LG化学的NMC622和松下NCA，而且最高温升也不会像后两者那么高。

辉能NMC811要达到226℃才热失控，而后两者分别在190℃和200℃就已经热失控。最高温升，辉能NMC811达到340℃之后，就降温，无起火燃烧，而后两者温升高达640℃，随后都起火燃烧了。

他们还通过了过充电、外部短路、加热和热板测试，均未发生爆炸、起火、燃烧现象，甚至现在已经从国标中取消的穿刺，他们也通过了。

性能2：比能量潜力大

在能量密度方面，郑博伦坦承，由于氧化物、硫化物电解质密度问题，比液态显得劣势，但是采用更高正、负极材料，可以使得其电芯能量密度可以和一般锂电池相差无几。比如辉能2020年的软包电芯密度可以达到255wh/kg，和宁德时代的245wh/kg，松下的21700的257wh/kg差不多。

但是到了模组和电池包级别，辉能产品能量密度超过了传统液态电池，其2020年模组和系统的能量密度分别将达到222wh/kg和179wh/kg。

郑博伦介绍，这得益于辉能自主开发的MAB架构。MAB 是指Multi-Axis BiPolar+，是辉能基于其固态电池而自主研发的多轴向双极封装技术。这一架构，使得它在模组层面，重量成组效率高达87%，电池包重量成组效率高达80%。

在能量密度上，辉能期望在第二代固态电池上还有大提升，主要采用更高能量密度的正负极材料，比如，纳米硅或锂金属负极；高压NMC和NCA的正极材料。到2021年，电芯能量密度方面，就将突破传统液态电池的密度平台，持续提升。电芯体积能量密度方面，2025年甚至能达到960Wh/L；系统体积能量密度达到672 Wh/L，比传统液态电池包高近乎一倍（下图）。

性能3：PACK成本在电芯产能20GWh之后展现优势

固态电池在商业化过程中，早期必然遭遇规模不足的问题。而且，由于引入新材料，成本也上升了，固态电池的总体成本也上升。

郑博伦解释，如果不用新材料，在现有正负极基础上，该公司的电芯产能逐步释放之后，成本会拉低，电芯和液态电芯接近。但该公司的MAB提升了成组效率，能提供更高能量密度的电池包，最终在电池包级别实现更低的成本。

他们的测算是，电芯产能达到20GWh时，电芯成本是液态的1.1倍，而电池包成本达到液态电池包的98%。

注1：材料为NMC811+石墨（相同能量密度下）

注2：成本比例算式：固态/液态

资料来源：郑博伦演讲

如果对比丰田2022年、特斯拉2018年和辉能2020年的电芯能量密度水平和最终成组后的电池包能量密度，尽管特斯拉电芯密度高达742Wh/L，高出一截；但最终辉能电池包的能量密度可达384Wh/L，比丰田的338 Wh/L和特斯拉的245Wh/L要好很多（下图）。

性能4：快速充放能力突出

郑博伦透露，辉能的固态电池快充超越液态电池，在充电倍率方面，由于18650、21700，在不同充电模式下同于或优于SONY。而且温升控制得也不错。

快放方面，辉能电池5C放电能力和SONY的18650同等级，而且温升大幅低于18650。

性能5：长寿命

郑博伦称，辉能电池能在1800次循环后余电保持在80%以上。

性能6：操作温度广

充电的工作温度范围，辉能的电池可以在-20℃-85℃，强于一般锂聚合物电池的0-45℃；放电工作温度范围，最低至-40℃，最高至115摄氏度。

郑博伦表示，在这六大指标中，竞争敌手在安全、成本、快充、寿命和环境耐受性上，基本上都还没有测试数据，而辉能不仅有测试数据，而且表现不错。

在实验室做出固态电池容易，要大规模量产，则还有漫长的路要走。郑博伦认为，固态电池量产必须经过三个阶段。

首先是4-6年的实验室/样品线阶段，要实现单一性能突破。其次是5-8年的产品商业化阶段，要实现前述六大指标。再次是2-3年的中试线阶段，要实现四大量产指标，包括工程能力、全线良率、产品一致性和寿命保证（电压偏移率）。而辉能目前做到的水平是，工程能力方面有2907个质量控制点，全线良率92%，产品一致性达标（1C500次循环后，平均荷电率为91.9%），电压偏移率控制在0.04。

最终所谓的量产，他定义起码是GWh级的生产规模，成熟的产业链，包括高度自动化、高全线良率和供货稳定。

在通向量产的路上，电解质的技术路线是一个重大影响因素。郑博伦介绍，在2017年以前，业界以固体聚合物和硫化物为主，2018年以后一氧化物和硫化物为主。

氧化物电解质一般需要用高温烧结保持导电性，但这不利于大量量产。辉能的解决方案是，将氧化物以压合方式取代高温烧结，成本和工艺大量生产。

由于电动汽车行业的需求，电池行业不断寻求更高能量密度、更高安全性的动力电池。固态电池是全球公认的技术方向之一，因此很多企业都在此布局。

日本的丰田、松下，韩国的三星和LG化学，中国的宁德时代、卫蓝新能源、清陶、锋锂，欧洲的STMicroelectrionics，美洲的Solid Power、QuantumScape、SolidEnergy、Ionic Material等诸多企业都在布局。也有的知名企业，比如博世、Sakti3等公司的固态电池达产计划，已经放弃或落空。

但是辉能则在2017年-2018年试产了第一代固态动力电池，2020年将实现第一代固态动力电池1GWh的产能。

而且，辉能规划了雄心勃勃的全球产能，在2023年，他们在亚洲建厂，预计产能达到9GWh，全球市占率3%；2024年进入美国和欧洲，2025年达产54GWh，市占率10%；2030年388GWh，市占率26%（下图）。

在固态电池量产之后，装载固态电池的电动汽车也将量产。根据郑博伦提供的数据，2022年，中国和日本将各有一个装载固态电池的车型量产。

目前，国内新造车势力积极和辉能合作，天际、爱驰、威马、蔚来等都传出过与辉能签署协议或者合作备忘录的新闻，探索固态电池装车商用化。不过，目前尚无确切消息。

辉能的固态电池如能顺利量产，确实超出业界预期，其性能表现也不错。不过以上信息基本来自辉能单方面介绍，对比的一些参数也不是竞品最新参数。我们会对辉能的固态电池进展和表现，保持跟踪和报道。