熬10年这家公司实现固态电池量产，新厂规划产能为1GWh

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，像是镍锰钴（NMC）三元电池的配比从原来的 5：3：2，提高到 6：2：2，甚至是到 8：1：1，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-State Battery）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（Toyota），苹果、戴森（Dyson）、电池芯巨头们如三星旗下的 SDI、LG 的 LG Chem 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（ProLogium），其实在几年前就已经获得软银中国资本（SBCVC）投资，而据 DT 君了解，软银中国更持续加码投资，辉能刚于 2019 年 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。

图 | 辉能主要投资方为软银中国资本（图片来源：软银中国资本官网）

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，Solid Polymer Electrolyte）、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（Thin Film）等。像是戴森、苹果各自收购的固态电池厂 Sakti3 和 Infinite Power Solutions，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 Infinite Power Solutions。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 Jagdeep Singh 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。

图 | 投入固态电池的玩家（图片来源：Yole Développement）

市场关注的固态电池公司一览

（ 整理：DeepTech 深科技 ）

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。

图 | 辉能科技创始人杨思枏（来源：辉能）

辉能以陶瓷电解质取代隔膜和电解液，开发出锂陶瓷电池（LCB，Lithium Ceramic Battery），第一款产品“可挠曲锂陶瓷电池”（FLCB，FPC Lithiun-Ceramic Battry），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 电池就让辉能在当时拿下指标性的订单。2013 年 HTC 推出 One max 智能手机，一起搭配推出 HTC Power Flip Case 配件，外观是一个掀盖式皮套，但里头内置了电池。One max 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第一个开始获利的案子。

图 | 辉能的可挠曲锂陶瓷电池（来源：DT君）

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，就看上了辉能的固态电池。

另外还有智能安全帽业者，该公司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。

图 |大容量固态电池的市场应用推进（图片来源：Yole Développement）

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。

图 | 辉能开发用于新能源车的固态电池包，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（来源：DT君）

这是什么概念呢？以特斯拉 Model 3 电池组容量 80.5KWh，使用了 4416 个电池来看，那么，辉能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，辉能也改变生产模式，过去采取“片式”生产，现在可改为“卷式”生产（roll to roll），并且扩大自有产能，也与汽车厂或电池芯厂合作，目前辉能已与多家大陆、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、LG Chem，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。

图 | 辉能所研发的固态电池极层（inlay）（来源：DT君）

此外，辉能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”（Solid State Lithium Ceramic Battery Aliiance），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 Turn Key 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，”辉能的高管对 DT 君说。

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。