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固态动力电池量产提前

2019-12-18 浏览次数:1,800 次 第一电动网

固态动力电池量产提前

辉能宣布2021年量产第一代固态动力电池

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,在第十届全球新能源汽车大会动力电池论坛,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。

他表示,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?

1、六大性能指标:

安全性突出,电芯能量密度待提升

郑博伦介绍了辉能目前产品的六大性能。

固态动力电池量产提前

郑博伦

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。

固态动力电池量产提前

辉能电池的安全性表现

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)。

固态动力电池量产提前

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%。

固态动力电池量产提前

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)。

固态动力电池量产提前

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。

2、达到量产指标

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。

3、意图抢占26%全球市场

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)。

固态动力电池量产提前

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。

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