辉能科技年产能1GWh新厂项目获1.5亿美元融资

2019-10-06      368 次浏览

不论是新能源车或储能设备,最重要的关键零部件之一就是电池,这几年电池行业的一项挑战就是拉高能量密度、追求更安全的方式,不论是尝试新的正极、负极材料,或是提高镍的比重,也有人致力于研发不同于传统锂电池的技术,像是使用氢燃料电池的氢能源车,而固态电池(Solid-StateBattery)就是被视为是下世代的电池技术。


产业界投入固态电池研究,声势最大的就是丰田、苹果、戴森,电池芯巨头们如三星旗下的SDI、LG的LGChem也没缺席,不过,当其他公司还在研发或试产,有一家公司抢先实现小容量固态电池量产及出货,这家名不见经传的辉能科技,其实在几年前就已经获得软银中国资本(SBCVC)投资,而据了解,辉能科技于1月完成由软银中国资本领投、金额1.5亿美元的D轮融资,将用以扩厂,新厂规划产能为1GWh,预计今年底完成建置。


什么是固态电池?


大多数消费电子产品或新能源车采用的锂离子电池有四大关键元素,分别是正极材料、负极材料、隔膜(separator)以及液体的电解质(电解液)。电解液是在阳极和阴极之间传输离子,若电池充电速度过快,锂离子和电解质反应可能会形成枝晶(dendrite)或金属须晶,进而形成短路,另外凝胶聚合物隔膜失效也会引起电极短路,使得手机或新能源车的电池爆炸事件偶有所闻。


使用电解液的电池可称为液态电池,而固态电池,顾名思义,就是以固体材料来代替现有锂离子电池中使用的液体成分。


简单来说,固态电池有三大优点:电池不会漏液,当损坏、被穿刺时不会产生爆炸或着火,所以高安全性就是第一个也是最大的优势。二是高能量密度,业界认为,固态电池的密度和结构可以让更多带电离子聚集在一端,传导更大的电流与提升电池容量,使能量密度能提升到400Wh/kg以上,优于一般的锂电池。


三是轻薄以及可挠曲性的潜力,使用电解液的传统锂电池,必须在阴极和阳级之间加入隔膜来防止短路,一般来说隔膜的厚度约20——30微米,而固态电池不需隔膜,且固态电解质的厚度大约是3——4微米,所以厚度比传统电池轻薄许多,如此可让电子产品或汽车在外观设计或空间利用上达到更大的效益,其可挠曲性也符合目前可折叠屏幕手机、穿戴装置的需求。


固态电池领域有不同的技术路线,固体电解质可大致分为三类:无机电解质、固态聚合物电解质(SPE,SolidPolymerElectrolyte)、复合电解质。目前较多业者投入研究的材料包括固态聚合物、硫化物(Sulfide)、氧化物(Oxide)、薄膜(ThinFilm)等。像是戴森、苹果各自收购的固态电池厂Sakti3和InfinitePowerSolutions,皆以薄膜为主,但制程复杂,量产难度高,先前市场传出戴森、苹果有意放弃,故现阶段发展状况不太明朗,而丰田、松下(Panasonic)、三星、宝马、宁德时代投入硫化物电解质,辉能、索尼则是聚焦在氧化物。


苹果从2012年就开始积极布局固态电池及充电技术的专利,2013年收购了InfinitePowerSolutions。近两三年汽车厂布局固态电池的消息大幅浮上台面,像是丰田对外宣示将在2022年对外销售搭载固态电池的电动车。另外,大众汽车(Volkswagen)投资了由《麻省理工科技评论》TR35青年创业家JagdeepSingh参与创立的固态电池初创公司QuantumScape,去年6月加码投资,并取得QuantumScape一席董事,预计在2025年建立固态锂电池产线。


而过去的电池大国日本,陆续舍弃掉锂电池后,已经将研究重点转向固态电池,日本科学技术振兴机构(JST)、日本新能源产业技术开发机构(NEDO)都积极推动,这些动态让外界开始关注这项技术。


辉能又是什么来头?


这家在大众眼中陌生的公司,其实成立已经超过10年。辉能科技创始人杨思枏算是台湾电子业的老将,台湾大学化工系、台湾大学材料所毕业后,先在电池公司台湾超能源任职,之后加入富士康集团旗下的软性印刷电路板(FPC)厂鸿胜,担任RD负责人,看好固态电池的未来性,他将电池与软板的专业结合,创立了辉能科技。


辉能科技以陶瓷电解质取代隔膜和电解液,开发出锂陶瓷电池(LCB,LithiumCeramicBattery),第一款产品“可挠曲锂陶瓷电池”(FLCB,FPCLithiun-CeramicBattry),就是把软板作为基材和封装材,让电池可以弯曲,最高弯曲次数达1万次,后续又推出高容量锂陶瓷电池(PLCB)。


很幸运的,第一款FLCB电池就让辉能科技在当时拿下指标性的订单。2013年HTC推出Onemax智能手机,一起搭配推出HTCPowerFlipCase配件,外观是一个掀盖式皮套,但里头内置了电池。Onemax手机背后上有三个接触点,与皮套接触时就能充电。当时虽没有太多人注意到这颗电池与一般液态锂电池有什么差异,但其实是说明了小容量的固态电池得以实现量产,这个项目也成为辉能科技第一个开始获利的案子。


之后,陆续不少有高度安全、防爆需求的客户便主动找上门来,例如英国手机配件公司Tech21专门做防护型的手机背盖,因为想要做有加电池的背盖,且对于摔落的防爆有很高的要求,就看上了辉能科技的固态电池。


另外还有智能安全帽业者,辉能科技开发的安全帽具备蓝牙连接、耳麦通话、测速等功能,所以安全帽里头需要内置电池,但骑车难免有发生车祸意外的风险,总不能骑士跌倒没事,却因为跌倒了导致安全帽电池爆炸,那可就出大事,因此客户同样是为了固态电池高安全性的特点,而愿意花较高的成本采购,其他的客户还有半导体设备商。


实现小容量固态电池的量产,转攻布局新能源车市场


有了这些消费性电子及穿戴装置的客户带来稳定的收入,累积了数年小容量固态电池的量产经验之后,在三年前辉能开始将研发重点望向了更大的市场—电动车,开发出高电压锂陶瓷电池(BLCB)。


做小容量的固态电池跟汽车使用的大容量电池,有很大的技术差异,首先,汽车需要很高的电压,现有新能源车电池组的做法是将很多颗电池芯采用“外部串联”的方式,将其串联起来,而辉能科技利用“双极”(BiPolar)技术,特色是在电池芯内部直接做串并联,单颗电池芯的额定电压可从7.4伏(2串),到目前汽车行业规范的最高电压60伏(15串),如此可以省掉外部串联的空间,也有助简化复杂的电池管理设计机制。


那么,为什么液态电池不能做BiPolar技术?一般液态电池的电解液在超过4—5伏的时候,电解液就会崩解,电池不稳定就有安全风险,因此目前只有固态电池能做到BiPolar。


辉能科技在今年CES上对外展示了用于新能源车的固态电池包(含电池芯),在相同的整车容量下,该电池包体积只有传统电池的一半、重量则是传统电池的7成,辉能科技利用多维度串并联BiPolar+3D技术,创造单颗85.2伏高电压与20KWh大容量的电池芯,所以只要4颗电池便能构成一个80KWh的新能源车电池包。


这是什么概念呢?以特斯拉Model3电池组容量80.5KWh,使用了4416个电池来看,那么,辉能科技的电池数量大约只有Model3的1/1104。电池数量用得少,电池管理系统得以简化,节省电池芯封装材料与连接电池芯之间的线材,而且固态电池安全性高,没有爆炸风险,因此吸引了许多车厂、电池厂的人特地到辉能的摊位查看。


据了解,目前辉能科技已与一家欧系汽车集团谈定合作,预计最快2019下半年会有一台搭载其固态电池的样车对外亮相。


不跟电池芯大厂捉对厮杀,以合作或授权方式进入中国、欧洲


尽管固态电池有不少好处,但目前仍遭遇不少难题,特别是大容量的电池,不同的固态电解质材料各有其优缺点,中国科学院物理研究所研究员李泓博士在2018第六届“汽车与环境”创新论坛上表示,聚合物全固态锂电池主要短板是必须在60度以上工作,容易短路;薄膜全固态锂电池循环性好,适应高电压,但不易放大容量。


另外,氧化物全固态锂电池的安全性和稳定性佳,但做到大规模量产还没有完全实现。因此,固态电池到最后应用仍有距离。


再者,目前固态电池的成本仍是远高于液态锂电池,有数倍的差距。为了拉近固态电池与液态锂电池的成本差距,辉能科技也改变生产模式,过去采取“片式”生产,现在可改为“卷式”生产(rolltoroll),并且扩大自有产能,也与汽车厂或电池芯厂合作,目前辉能科技已与多家大陆、欧美车企合作,并通过车企的电性及安规测试。


电池行业可说是巨头林立的行业,因为资本投资大、进入门槛也高,像是电池芯有SDI、LGChem,在中国更有宁德时代、比亚迪,对于新进者或初创公司来说,往往玩不起大资本的游戏,特别是汽车行业,车厂往往会希望电池能在当地生产,小型以研发为主的电池芯业者更没有四处在海外设厂的资金,辉能科技很清楚自己的定位,不与巨头厮杀,还可以合作,例如授权专利技术,让有兴趣的电池芯厂或车企可以自行生产制作国产固态电池。


此外,辉能科技也准备跟欧系的车厂在欧洲共同设立“固态锂陶瓷电池联盟”(SolidStateLithiumCeramicBatteryAliiance),为全球被授权的合作伙伴提供交流技术与市场标准的平台,缩短固态电池技术的研发时程,越过技术、安全和量产三个挑战,实现固态电池落地商业化。


“我们就做好研发,把技术转到当地,直接提供TurnKey服务,销售核心材料与10亿级瓦时的量产设备,因为最重要目的是把固态电池技术让越多人用越好,”辉能科技的高管说道。


尽管目前大容量固态电池的量产,仍有挑战,但毫无疑问,电池的安全性和高能量密度是行业追求的两个关键方向,随着初创公司、行业巨头、科研机构的研发推动,固态电池未来的商业性是很值得期待。


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