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-個股新聞
輝能董事長楊思枏:固態電池發展到最後一哩 2022年是關鍵...
全球汽車產業正走進寒冬,英國汽車銷售調查公司Jato Dynamic針對全球54個市場統計,2018年汽車銷售量為8,600萬輛,年減0.5%,其中中國大陸、北美及歐洲中東(EMEA)均呈現衰退;然相對於整體車市,電動車卻是一枝獨秀,該份統計顯示,2018年電動車銷售量達126萬輛,較2017年成長74%。
Inside EVs的資料顯示,2018年全球電動車銷售量達171萬輛,年成長40%,不同調查單位的數據不同,然同樣指向一個方向:電動車的成長,勢不可擋。全球最大電動車市場大陸,其工信部表示,2019年第1季大陸新能源車產量達30.4萬輛,年增達102.7%,全年產量有機會超過150萬輛,年增18.1%。
電動車快速發展,然相較於整體車市,其佔比仍在低個位數,除了針對車輛設計轉變,帶來的失業等社會問題之外,電動車本身最大挑戰,來自於電力相關議題,包括現行採用最多的液態鋰電池模組技術瓶頸,與居高不下的電池模組成本,吸引各界積極開發新一代電池技術,其中固態電池,被視為最有機會的明日之星。
固態電池早在1950年代開始發展,然早期固態電池的電池能量密度低,且內阻值過高,在經歷60多年發展,固態電池在電動車龐大需求下,已進入大量商用化的關鍵時期。日本視電池產業為國家級關鍵技術,日本車業龍頭Toyota,2017年對外公布正在研發固態電池,並提出2022~2025年商用化目標。
不只Toyota,FDK、日立造船、太陽誘電、村田製作所都投入資源開發;南韓3大電池廠LG化學、三星SDI及SK創新,於2018年底宣布將聯手開發電池技術,固態電池也是其中一項;大陸寧德時代、比亞迪、贛鋒鋰業等廠,也在加速發展;歐洲德、法二大車業製造國聯手,目標於2025~2026年左右開始生產固態電池。
在全球各廠仍在積極開發固態電池拼量產之際,台灣固態電池廠輝能已在量產,且規劃擴廠,預計2020年6~7月,在新的桃科廠加入量產後,其產能將從現行的0.4GWh,拉升至1.4GWh,以電動車平均每輛50度電來估算,輝能桃科新廠產能將可提供2萬台電動車使用。
輝能領跑在所有電池廠之前,董事長楊思枏透露,全球所有電動車廠,都在與輝能接觸,尤其在輝能於2018年底轉換營運方向,從自產自銷到技術授權,將輝能通往電動車的大門一扇扇打開,洽談簽約的電動車廠高達數十家,電池廠也有數十家,最近大陸電動車新創業者天際汽車,就與輝能簽約授權合作。
楊思枏台大化工材料研究所畢業,曾在鴻海集團任職,後來一頭栽進固態電池研發,自行創業輝能,一開始沒沒無聞,如今已成全球固態電池發展領頭羊之一。未來取代液態電池,是必然趨勢,2021年固態電池應用將爆發,輝能將是主要推手。以下為楊思枏的專訪摘要:
問:請先談談輝能的擴產計畫與進度為何?
答:輝能是全球最大,也是最早量產的固態電池廠。在現有桃園廠的固態電池產能,已經達到0.4GWh,我們為了進一步證明,有大量生產能力,以及為公司後續擴展規劃作準備,2018年新建桃科廠。新的桃科廠有6萬平方公尺,預計2019年12月初,可以拿到使用執照,在2020年1月中旬,就會開始導入水電等機電工程。
2020年6~7月,生產線將會調整完畢,並開始試產,預計在2020年底完成,2021年開始量產。屆時新廠的年產能,將達1~2GWh,將是台灣現行最大的電池廠,若以現行電動車平均50度電來估算,1年將可提供2萬輛電動車使用,而這只是開始而已。
問:輝能從原本自產自銷,2018年轉換營運方針,走向技術授權,其中轉捩點為何?
答:首先,電動車是大資本遊戲,面對新創電動車業者快速崛起,不少傳統車廠也以此遊戲規則,憑藉手中龐大資本打消耗戰,想等新創電動車廠消耗完畢,再切入市場,新創電動車廠,就必須思考打造消費者想要的車子,價格又在消費者可接受的範圍內。
對電池廠,因應電動車需求,同樣是大投資。新的技術要成功,有2種商業模式,一種是從小做起,因為小且新,所以毛利率很高,可慢慢擴大;另一種是,市場很大且投資要很大,比如電動車,對單一公司來說,風險太高,必須分散風險,技術授權就可有效把風險分散。
問:請談談您接觸的電動車廠商與市場概況?
答:電動車發展到現在,我認為車廠會有2個狀況出現,一種狀況是走向分工的概念,如同白牌手機,只要給供應商清單,勾選不同功能,就會有方案商,幫忙把產品生產出來,再由品牌廠或通路商進行銷售;另一種狀況是購併,大車廠購併小車廠,或彼此結盟,在不同市場,大車廠仰賴小車廠,來打當地市場。
產業鏈的分工會更細,比如電動車的三電架構:電池、電機及電控,現行有些製造商已經切割出來,另一套是消費者體驗,諸如車殼與車型設計、車內智慧系統等,第三套為底盤設計;比如福斯(Volkswagon)計畫投入800億歐元要做的MEB平台,未來在三大洲的8間工廠都將啟用,來量產電動車。
相較於全球市場,大陸又是全新世界。大陸車廠是百家爭鳴,國家資源被發散,如今政府補貼在退場,車廠間只能走向合併,2018年的一場論壇,車廠就說,寒冬已至,這不是壞事,初期會有陣痛期,不過資源可以整合,接下來發展會更順利,電池等零組件也是如此。
問:為什麼固態電池會備受各界關注,且被視為取代液態電池的主角?
答:固態電池的物理本質,優於液態電池。主要的特點在於安全與能量密度。首先來看安全,電池有3項危害安全的狀況,且這些狀況會互相作用。第一個狀況是,如果正、負極接觸而短路,整顆電池的能量會被瞬間釋放,不只產生熱,也會有火花。
第二個狀況是,當正極材料接觸到電解液,會使得穩定性下降,電解液的氧化金屬被分解,產生氧氣與高溫,與剛剛第一個狀況產生的高溫結合,讓電池內的溫度更高;第三個狀況是負極碳材燃燒,因為碳材的顆粒很小,很容易大面積燃燒,此外包括電解液的燃燒,活性材料表面鈍性層產生的崩壞,都會產生熱。
上述狀況會層層相疊,熱不斷累積,會產生高溫、火花及氧氣,進而就會發生熱失控(thermal runaway),引發電池爆炸起火,以最常見的18650鋰電池來說,其能量相當於4分之1顆手榴彈的威力,以Tesla的Model S為例,就採用了7,000多顆18650鋰電池。
反觀固態電池為何安全?因為固態電池的物理本質與介面穩定性都高。固態電池的抗溫高,散熱又快。固態電池的隔膜,採用固態電解質,其材料耐熱溫度可以達到上千度,液態電池的隔離膜,當溫度達攝氏130度,就會崩解,正負極短路,進而引發一連串的熱失控,只需幾秒時間而已。
若把固態電池芯放到攝氏280~300度的烘箱烘烤,可維持30分鐘,電池電壓不會瞬間掉下去,只會逐步下滑,代表沒有短路,不會瞬間釋放能量,當電池可以逐漸釋放熱能,熱不會累積,就不會起火燃燒,正、負極不會接觸,也就不會產生熱失控的狀況,目前輝能固態電池測試,都可以達到攝氏280度。
再者,固態電池的導熱較佳,以輝能來說,固態電解質加入陶瓷顆粒,散熱較佳,近期發表的BiPolar+架構,將集電層與集電層堆疊起來,電子移動距離遠小於一般電池芯外部串聯方式,其內阻值差距與一般外部串聯方式相較,最高可差10萬倍,歐洲車廠的測試,輝能固態電池的導熱係數,也是一般鋰電池的3倍。
當導熱效果佳,意味散熱系統就可以大幅簡化,電池包的體積大幅縮小,且重量明顯減輕。若將電池芯組裝為電池包的體積成組效率來看,輝能固態電池的體積成組效率達82~85%,然Tesla的體積成組效率為32.5%,若用重量成組效率比較,其他公司的軟包電池為50~55%之間,輝能電池可達到70~75%。
成組效率的意義在於,當同樣一輛車,成組效率越高,可用越少顆的電池,或用越小的能量密度電池芯,去達到一樣的效果。
舉例來說,TOYOTA於2022年傳出要發表的第一代固態電池能量密度是450Wh/L,遠較現在Tesla的715~720 Wh/L小,然TOYOTA的成組效率可達75%,Tesla卻只有32.5%,換算為電池包,TOYOTA為330~340Wh/L,就可超越Tesla的250Wh/L,目前輝能的成組效率,也可達到75%。
即使固態電池芯現行容量較低,然透過高成組效率,可達到與現行液態電池電動車相當的電量。然液態鋰電池的電池容量密度,已達到物理極限,固態電池的能量密度,卻仍能持續增加,此意味固態電池電動車的馬力會越來越高,且續航里程越遠,與液態鋰電池差距,也將越拉越大。
問:固態電池較液態電池好,何時會看到車廠推出固態電池電動車?
答:新技術成為新產品,需要時間。首先是車廠導入零組件的時間,原本就需要較長時間。一般來說,車子導入新的零組件時間,以歐洲、日本車廠為例,需要7年,Tesla比較快,大約4~5年,如果是大陸會更快,大約2~3年就可以導入。
其次是零組件的更換,也會影響到社會層面。以汽車大國日本與德國來看,現有30~40%的人口,仰賴汽車產業,從傳統燃油車改為電動車,有多少零組件會被取代?引擎、變速箱,其中又牽涉到多少家庭的生計問題,政府也需要時間規劃處理。
至於現有電動車,為何沒有採用固態電池模組?量產技術為最大問題,日立造船在2014年就宣告有固態電池的技術,然到2019年,才在日本電子展說要啟動量產,而它的量產,是輝能在2013年時所採用的量產模式,採用乾膜方式,並非捲式生產,無法大量,仍停留在做出小量樣品測試市場水溫。
真正要做到電動車用的動力電池,必須要捲式生產,採用濕膜方式製造,輝能於2017年克服了電池極層彎曲會脆裂的問題,已經開始採用捲式生產,也由於目前只有輝能能做到,全世界的電動車都在找我們,目前已有客戶做成樣車在測試,預計下半年還會有新的車廠發表搭載輝能電池的樣車。
現在已經到最後一哩路了,2020年輝能擴線後,打好基礎,就進行複製,也正式宣告進入動力電池市場,從2021年到2023年,將可以看到固態電池產能拉高,輝能會是主要推手之一。除電動車外,火車的備援電池,現行採用鈦酸鋰電池,也有機會取代,固態電池逐步取代液態電池,將是指日可待。
2019-05-30
By: 摘錄電子12版