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辉能:固态电池不是你想的那样

辉能MAB电池包

“固态电池在整体高能量情况下,安全性还是有疑虑的。”辉能科技创始人、CEO杨思枏在接受《电动汽车观察家》专访时表示。

随着新能源汽车产业的不断扩大,电动汽车起火事件也越来越多。据不完全统计,2020年内已发生超过50起新能源车型的起火事件。

频繁的起火事件,增加了消费者对新能源汽车的疑虑,甚至会威胁产业的可持续发展。

由此,业内对以安全著称的固态电池给予厚望。

就在此时,辉能科技——声称是全球首家成功实现固态锂电池商业化量产企业,其创始人说出固态电池没那么安全的话,这是要自砸饭碗吗?

当然不是,能说出这话,辉能自然是有了解决方案。而且,说这番话,辉能有心和其他固态电池企业区分开来——对于固态电池的安全问题,不能单靠本征特性,还要有主动防护。

辉能科技创始人、CEO杨思枏

此外,对于固态电池,辉能同样还自揭其他短处:导电率低、能量密度低、成本高、充放电倍率低等等……

对于这些短板,有十几年积累的辉能,既有深刻认识,也有解决方案。

正是这些积累,也使得辉能从穿戴设备电池供应商走到了动力电池供应商,并且领先了等诸多强手,更早实现固态电池的产业化。

我们就来全方位了解下辉能科技及杨思枏。

1

穿戴设备电池起家

作为台湾大学化工/材料所硕士,杨思枏在化工、材料领域颇有研究。

早在辉能成立之前,杨思枏就确立了将固态电池产业化的目标。

2006 年 10月,辉能科技股份有限公司成立。2012年推出了软板固态电池,并于2014年推出了软包固态电池。

当时的固态电池,成本高、内阻值高、能量密度低、充放电能力低,除了安全性比液态电池高一些以外,几乎一无是处。

此时的固态电池,应用在什么领域合适呢?

对安全性要求最高的产品,用在人身上,例如可穿戴设备。

可穿戴设备电池成为辉能最早打算切入的领域,例如安全帽、带电背心、加热腰带、智能鞋垫等。

资料来源:辉能科技ppt

杨思枏对《电动汽车观察家》说,因为用在人身上,要足够安全,因此,固态聚合物体系不能选,安全性不够;硫化物体系也不敢选,成本太高。

“丰田目前的硫化物固态电池还是在干燥室里的手套箱中做,我们那个时候连干燥室都盖不起。”

这也就剩下一条路线,氧化物体系。

杨思枏告诉《电动汽车观察家》,他们切入车用动力电池与索尼相关人士的一次会面有关。该人士在了解了辉能的产品和技术后,建议他们应该先切入动力电池领域,因为动力电池对安全性的要求比一般IT产业高很多,当规模做大,电池成本下降到一定程度时,IT市场也便收入囊中了。

这一建议对杨思枏十分有启发,成为他进军动力电池领域的一大动因同时,杨思枏希望进一步改进固态电池性能,于是掺入一定比例的胶状物质。此时的固态电池更准确的说法应该是固液混合电池,或是准固态电池。

刚进入动力电池领域时,辉能的发展并不顺利。

杨思枏回忆说,“我们刚进入市场时,常常碰到车企告诉我们,电池安全性并不重要,别人的车会烧,我们的也会烧,就这样就好了。”

不过情况在这两年有了明显变化,车企对安全越来越重视。

与此同时,杨思枏获得的来自电动汽车的合作意向也越来越多。

目前已经公开与辉能有合作的企业有4家,、天际、以及。辉能方面透露,还有两家车企已有合作,目前还不便公开。

辉能与3家造车新势力企业的合作,都是在2019年公布。

2019年4月,与辉能科技进行了合作签约,双方将联合进行固态电池商业化合作;8月22日,与辉能在台湾签署合作协议,双方以打造辉能MAB固态电池包的样车为目标;同年9月,爱驰汽车与辉能签署协议,联合开发及优化辉能的MAB固态电池包与模块技术。

此外,还有没有公开报道的一汽集团。

2

钱从哪里来?

提起一汽集团,能与辉能直接联系上的,是一汽产业基金参与的D轮融资。

2020年4月,辉能大致完成了D轮融资。

辉能方面介绍说,这是由于与一汽有合作,对产品认可后,再由他们内部转介绍而达成的投资关系。

资料来源:企查查

提到融资,杨思枏对每个投资方的进入都印象深刻。

辉能在2012年获得第一笔投资。杨思枏告诉《电动汽车观察家》,当时对辉能有意向的投资方有两个,一个是软银中国,另一个是英特尔资本。

杨思枏说,辉能当时的股东选择的是软银中国。他很庆幸没有选择英特尔资本。“因为选择英特尔资本的话,我们可能大概就被限制在IT产业,很可能没有机会走到电动汽车这一领域了。”

在2016年前后,辉能再次出现资金需求,差一点卖身日本TDK。“因为我们的股东开了一个高的价格,所以就打消他们的意愿。”但事实上来讲,在那一年他们拿到了大概将近5700多万美金的资金,这个资本其中有部分也是来自于国内,就是为了要能够开发动力电池。

一直到了2018年,辉能再做增资的时候,完全是以国内的市场为基准,开始转向到动力电池这一领域了。

而最新的一笔融资还在洽谈中。据杨思枏透露,这笔融资金额可能在1.5亿-2亿美元之间。

谈到是否盈利,杨思枏坦承,他们目前仍然没有盈利。

他们发展的资金主要靠融资获取。

3

三核心技术,为安全保驾护航

能够获得那么多轮融资,应该不只是故事讲得好那么简单。

辉能到底有什么核心技术?

杨思枏将其归结为三个方面,分别是锂陶瓷电池技术(LCB)、多轴双极电池包(MAB)和主动安全机制(ASM)。

资料来源:辉能科技ppt

(1)LCB——非固态电解质在电芯体积占比仅为10%

固态电池之所以目前没有大规模量产,其中一个重要的问题就是固固界面导电率低。因此目前的很多固态电池企业的解决方案中,多少都会存在一些液态电解质。

辉能行销部经理Lisa表示,目前辉能电芯中含有胶状物质在电芯中的体积占比小于10%,重量占比小于4%。

考虑到固态电池内阻仍然较大,辉能目前保留少部分胶状物来解决这一问题。

但是不同厂家电解质中的液态部分含量有所不同。

例如,有的厂家只在正极和电解液中间的那层被动膜上涂有固态电解质,而且固态电解质的比例在整个电芯里面大概只有10%。

也就是说,虽然都用流体过渡,但辉能的电解质已经做到了超九成固态,而有的企业只有一成固态。

后续,辉能从90%的准固态到100%的全固态锂金属电池较容易、也并不遥远。

Lisa表示,辉能的锂金属固态电池的原型电池已经制造出来,其质量能量密度已经达到383Wh/kg,体积能量密度为1025Wh/L,循环可以做到500次。“我们的固态电池已经克服掉锂枝晶和锂苔的问题,负极完全采用锂金属。”

辉能方面认为,其产业化速度领先于世界其他固态电池企业。领先丰田至少4年,领先其他企业6-7年。

资料来源:辉能科技ppt

按照计划,今年底,辉能科技就应该完成1GWh生产线的建设,但是由于疫情原因推迟到明年6月。

辉能认为,他们全固态电池的产业化也不成问题。“在制备、制线上和工艺上,从准固态到全固态,我们大概只有15%的微调,就可以做到。”

关于全固态锂金属电池量产计划,Lisa表示,辉能是预定在2023年进行试产,2024年量产。

仅有一步之遥,为何还要等?

她们回应说,因为固态电池的正负极材料产业链并不成熟。

例如锂电池的理想负极材料——锂金属就不成熟。

Lisa表示,目前世界上很少厂商提供厚度超薄的锂金属负极(15~30um),而且这些锂金属的材料不止供货量小而且价格昂贵,甚至品质也不好。所以对固态电池来说,它面临的一个很大的问题是这个材料的供应链不成熟。正极材料也类似。

当然,到时生产出的辉能全固态电池也会先在IT产业试用,一段时间后,才会用在动力电池领域。

(2)MAB——CTP+双极电芯技术

MAB(Multi-Axis BiPolar+)电池包包含两项技术,CTP(无模组电池包)和双极电芯技术。

电池包层面,辉能的思路也是简化电池包系统,主要简化电池管理系统、组件以及冷却系统。

辉能给出的数据显示,他们今年9月将完成的第二代液冷MAB,体积利用率是一般三元锂电池的1.46倍,重量利用率是一般三元电池的1.21倍;2021年推出的电池包将采用气冷系统,体积利用率可做到一般三元锂电池的1.56倍,重量利用率是1.25倍。

电芯层面,辉能采用的是双极电芯技术,即通过电芯内部直接串联,这样电芯的电压可以一直增加,一颗电芯就可以做到5V以上。

之所以将5V作为一个节点,是因为目前基于液态锂离子电池的液态电解质无法承受4.4V以上的电压,一旦超过,电解液会崩解导致正负极短路。

内部串联与目前常用的外部串联相比,最大特点是内阻会降低;产热少。Lisa解释说,辉能的电芯是极层跟极层直接堆叠,所以在电流的移动距离几乎等于0,电流0移动距离,电阻自然非常小。当电阻很小的时候不会有什么产热,而且散热也很快,导致电池温差很小,产热小、散热快,冷却系统可以降至最简。

辉能最终版本采用气冷的MAB是采用自然进气和空调气体来调温。具体还是用数据说明,根据辉能的数据显示,经“气冷模式温度仿真分析测试”的实验,辉能固态MAB采用气冷后,其操作温度范围是15℃-40℃。即使环温超过40℃,MAB电芯最高温还是低于60℃;对此相对的是一般锂电池,环温超过20℃,电芯温度就会升到60℃以上。

资料来源:辉能科技ppt

辉能目前供应消费类产品的电池,可以做到2C的快充快放;动力电池产品引入硅负极后,目前可以做到5C(12分钟)的快充快放。

Lisa表示,除了技术层面的优势,辉能产品也具备成本优势。

在电池包的成本方面,如果电芯的成本一样的时候, MAB的电池包成本会是只有竞争对手的7成。

根据Lisa展示的测算结果,当产能在1GWh时,辉能的固态电芯成本液态电芯的1.6倍,可当辉能产能扩张到20GWh时,其电芯成本降到液态电池的1.1倍;整个电池包的成本,反而低于液态电池,只有液态电池的98%。

Lisa特别说明,这是跟NCM811相比,如果是跟NCM622相比,其实他们只要做到7GWh,成本就会基本持平。

当然,电池产能也不能无限扩张,当产能扩张至30Gwh时,边际效益降为接近0,也就是说,后续只能依靠技术来降低产品成本。

(3)ASM——钝化化学反应,终止正负极产热

如果说液态电池转变为固态电池,属于电池本身被动安全机制的话,辉能推出的ASM(Active safety mechanism)就是主动安全机制。

也就是本文开头提到的主动安全。

据杨思枏介绍,ASM系统是他们最新的成果,7月份差不多才完成,目前已经申请6项专利,预计全球布局70-80篇专利,形成一套完整的专利体系。

他们的主动安全机制就是主动自我阻断高温产热及释放,钝化正负极间的化学反应。

资料来源:辉能科技ppt

他们的主动安全机制,就是切断第三阶段电解质与负极发生反应。用杨思枏的话说,他们采用的方式是把正极和负极直接‘杀掉’。也就是在到达一定温度,电芯内部会产生另外一个反应,直接把正负极破坏。“产生的热能会被这个反应给吸收掉,全部都钝化了。”

资料来源:辉能科技ppt

根据辉能方面给出的测试结果看,导入ASM后,电池的温升没有出现峰值,而且后期温升趋于平缓。说明有效阻断了电池的热累积。

4

国内建产能,同时供货海外

既然技术和客户都已经具备,产能方面,辉能又有怎样的规划?

杨思枏向《电动汽车观察家》透露,他们现在在产能已经不够了,他们新的产线预计在2021年到2022年在国内落地,到时台湾的工厂就不做量产,直接到国内去生产。

今年7月份,由辉能科技股份有限公司、前海东方蜂巢投资有限公司等共同投资,在青山湖科技城选址建设。该项目总投资380亿元,内容包括建设2GWh、5GWh固态锂陶瓷电池芯产业化项目,并将考虑与车企合资建置产线等。

这么大的产能,能够消化吗?

Lisa表示,他们产能的建设完全是根据需求来的。目前他们接到的合作,每个车企的一个产品大概3000台的示范运营,如果每辆车 60—80度电,其实就已经接近2GWh,所以在2022年的状况来讲,产能完全是被填满的。

“隔年再增加5G-7GWh,主要是因为,除了供应国内需求,我们还要供应欧洲、日本、美国储能市场的需求,例如,欧洲一个船厂就需要1.5Gwh的需求。” Lisa说。

也就是说,辉能在国内建设的产能要供应国内和国际,以及储能和动力电池不同市场。

就在8月份,辉能对外宣布已完成新加坡全资公司的设立,"PROLOGIUM INNOVATION PTE. LTD."将成为辉能在中国以外全球业务推广的主要根据地。同时,辉能计划以“新加坡运营总部”与“中国业务运营总部”的双轨模式经营,同步进行国内扎根运营与国际市场推展。

随着新能源汽车规模的不断扩大,车企对固态电池的期待也越发强烈。辉能的产品也从边缘化逐渐走向舞台中央,固态电池的风口已经形成。试验数据固然能说明产品的一些问题,但量产才是企业和产品的最终考验,我们期待着辉能的最终答卷。(完)

来源:第一电动网

作者:电动汽车观察家

本文地址:http://cosmeticindustrynews.com/kol/124550

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