蜂巢能源的短刀片電芯生產(chǎn)和發(fā)展路線

蜂巢能源近日舉辦了一次小規(guī)模的金壇工廠參觀活動(dòng)，主要介紹短刀電池的智能制造過(guò)程，我整理分享一下我看到的內(nèi)容。

蜂巢能源的短刀電芯產(chǎn)品，首次出現(xiàn)是在2019年4月上海汽車展上，然后在2021年底蜂巢能源發(fā)布“領(lǐng)蜂600”全域短刀化后占據(jù)了產(chǎn)品序列的C位，這次在蜂巢能源二期短刀電池工廠，“短刀”電池量產(chǎn)線落地，年產(chǎn)能為2.5GWh。

▲圖1.短刀磷酸鐵鋰的生產(chǎn)落地

Part 1、短刀的生產(chǎn)過(guò)程

在二期工廠的8GWh產(chǎn)能里，鐵鋰和三元（含無(wú)鈷）大概占了一半。預(yù)計(jì)2022年，在各個(gè)電池企業(yè)里面鐵鋰估計(jì)占比都在50%以上。

現(xiàn)場(chǎng)可以看到，鋰電池的第一道生產(chǎn)工序勻漿也是按這個(gè)比例安排的，單個(gè)2300L大容量雙行星攪拌設(shè)備，每罐漿料對(duì)應(yīng)600KWh（純電動(dòng)車10輛左右）——這部分其實(shí)和電池的最終形態(tài)沒(méi)直接的關(guān)系。

▲圖2.現(xiàn)場(chǎng)看到的化學(xué)體系的比例

比較明顯的是第二道的涂布工藝，短刀電池的長(zhǎng)度（近600mm）比普通電芯（148mm或者220mm）更長(zhǎng)，涂布的寬幅、速度、精度決定了電池極片生產(chǎn)的效率和品質(zhì)。在現(xiàn)場(chǎng)能看到1400mm超寬幅涂布機(jī)，一次出兩列，涂布速度也非常高（80m/min）。幅度寬了，為了保證涂布精度，需要在涂布設(shè)備上設(shè)置三套β射線在線面密度檢測(cè)系統(tǒng)和兩套CCD實(shí)時(shí)涂寬檢測(cè)系統(tǒng)，來(lái)實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)檢測(cè)和控制，保證涂布的自動(dòng)閉環(huán)管控（面密度控制在±1.5%以內(nèi)，正反面錯(cuò)位≤0.5mm）。

▲圖3.短刀相比之前的寬幅涂布有很大的變化

在輥壓工序中，整體工藝沒(méi)有很大的差異，由于幅度比較寬，通過(guò)正極熱輥壓，負(fù)極雙輥連續(xù)滾軋，在輥壓機(jī)上進(jìn)行電磁加熱、紅外線在線烘烤、在線激光測(cè)厚、廢料邊去除等技術(shù)集成，效率還是有很大的提升。

在模切工序，蜂巢能源應(yīng)用了激光模切，節(jié)省模具投入和設(shè)備維護(hù)的費(fèi)用，模切效率也得到40%的提升（30m/min提升至40-50m/min）。

在這里的最大挑戰(zhàn)是激光過(guò)程產(chǎn)生的毛刺，需要檢測(cè)層面非常精細(xì)化的算法。下一步產(chǎn)線的提升，主要依靠卷對(duì)卷模切+切疊一體設(shè)備，在工藝層面進(jìn)行集成。

對(duì)于刀片系列的電池而言，某種意義上是從軟包進(jìn)化過(guò)來(lái)的（疊片工藝的電池生產(chǎn)），疊片速度一直是行業(yè)痛點(diǎn)，在這里看到的是雙工位疊片效率高達(dá)0.4s/片，已研發(fā)完成的下一代超高速刀片式電芯極組成型設(shè)備，疊片效率可以做到0.125s/片，配合電芯的設(shè)計(jì)可以在電芯封裝層面，對(duì)于卷繞極組成形效率形成實(shí)質(zhì)性的挑戰(zhàn)。

▲圖4.高速疊片機(jī)

軟包的電芯厚度瓶頸，在刀片設(shè)計(jì)的理念下，其實(shí)突破了。所以這顆磷酸鐵鋰的電芯，在21mm的厚度下達(dá)到了184Ah，還有進(jìn)一步增長(zhǎng)的空間。

▲圖5.雙卷芯的設(shè)計(jì)9mm合成21mm的厚度電芯

從生產(chǎn)的過(guò)程來(lái)看，二期工廠相比于之前看到的一期，在細(xì)節(jié)上有很多的改進(jìn)，主要是兼容性方面：二期兼容了VDA、短刀兩種不同的設(shè)備，在細(xì)節(jié)方面諸如傳輸設(shè)備方面作了改進(jìn)，特別是導(dǎo)入了卷芯磁懸浮的物流體系，加上改進(jìn)的AGV運(yùn)輸物流，極大的提高了節(jié)拍和效率。在參觀過(guò)程中，工廠配置的人員又少了很多，而加入了更多的檢測(cè)手段，通過(guò)強(qiáng)大的軟件系統(tǒng)和數(shù)據(jù)分析來(lái)提高工藝直通率，變得更加智能化了。

走低成本，高體積利用率的路線，從VDA電芯一路演化到刀片，整體的卷芯到Pack效率還是非常靠前的。從目前來(lái)看，圍繞電芯層面的革新，比圍繞Pack結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)，能夠使得電芯在制造層面的成本的降低，在Pack層面也會(huì)提高成組效率，降低電池系統(tǒng)的重量（能量密度提高），而且Pack內(nèi)部的零部件數(shù)量減少，特別是相關(guān)結(jié)構(gòu)件的減少，有效實(shí)現(xiàn)電池系統(tǒng)的成本目標(biāo)。最終，電池安全性能也會(huì)進(jìn)一步提升——對(duì)于方殼而言，薄的電池相對(duì)更安全。如果不往寬度方向做文章，往厚度擴(kuò)展，對(duì)于電池安全的影響是很大的（散熱面小，熱導(dǎo)不出來(lái)，內(nèi)外部的溫差大）。

▲圖6.刀片電芯的成組率，真的是非常高效的

Part 2、技術(shù)發(fā)展方向

●圍繞全域短刀電芯的迭代

在技術(shù)交流環(huán)節(jié)，比較有意思的話題就是圍繞短刀電池的進(jìn)化。

由于目前磷酸鐵鋰材料技術(shù)的進(jìn)展，可以在工藝環(huán)節(jié)和材料環(huán)節(jié)做進(jìn)一步迭代。對(duì)于電池企業(yè)來(lái)說(shuō)，最喜歡的進(jìn)化方向就是這樣：在電池生產(chǎn)線，電芯尺寸、電池系統(tǒng)和整車接口，什么都不需要變，直接能通過(guò)多迭代實(shí)現(xiàn)能量密度上5%、10%的升級(jí)。

蜂巢能源在短刀電池升級(jí)的路徑上，不管是磷酸鐵鋰混磷酸錳鐵鋰，還是磷酸錳鐵鋰混三元，都在同時(shí)進(jìn)行開發(fā)。今年底到明年還會(huì)陸續(xù)推出第二代和第三代，能量密度也將進(jìn)一步提升。

從研發(fā)邏輯上來(lái)看，原材料的來(lái)源非常廣泛，是更好的解決方案，為整個(gè)行業(yè)的進(jìn)步和電動(dòng)汽車的競(jìng)爭(zhēng)力的增強(qiáng)，提供非常大的貢獻(xiàn)和價(jià)值。磷酸鐵鋰和鐵錳鋰的下一步，是開發(fā)快充能力，目前的高性價(jià)比產(chǎn)品是配置1.6C快充能力，下一步開發(fā)2C-2.2C的鐵鋰，然后往4C方向上開發(fā)磷酸鐵鋰。

●高鎳電芯開發(fā)

圍繞低成本磷酸鐵鋰技術(shù)路線的出現(xiàn)，會(huì)逼著三元進(jìn)一步向上，也會(huì)逼著無(wú)鈷進(jìn)一步向上，通過(guò)提高高鎳的克容量和提中鎳的電壓，2022年上半年量產(chǎn)4.4V高電壓產(chǎn)品和2022年年底（或者2023年初）無(wú)鈷4.4的產(chǎn)品也會(huì)推出。這個(gè)技術(shù)方向上面，首先可以配合快充的設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)高性能電池的路線。

▲圖7.圍繞短刀的設(shè)計(jì)，主要迭代的是性能

做電池有意思的地方，就是產(chǎn)品一直在進(jìn)化：產(chǎn)線通過(guò)不斷的升級(jí)，改進(jìn)效率和良品率。平臺(tái)化可以適應(yīng)多數(shù)客戶的Pack設(shè)計(jì)，這是產(chǎn)品靈活性所帶來(lái)的。

隨著2021年新能源汽車市場(chǎng)的狂飆突進(jìn)，2022年電池成本受到上游原材料上漲不斷提升，這需要電池廠家和車企一起來(lái)承擔(dān)，而2022年能看到新能源汽車的產(chǎn)品結(jié)構(gòu)可能會(huì)有所調(diào)整。

目前每個(gè)電池公司面臨的成本壓力都是非常大的，但是這種壓力是階段性的壓力，隨著天氣變暖，上游供給包括鹽湖生產(chǎn)供給和礦山的鋰的供給會(huì)增加，在國(guó)內(nèi)外的共同努力下會(huì)得到逐漸的緩解。

在從材料端來(lái)看，蜂巢能源從2021年年中開始做了大量的行動(dòng)，包括上游的一些原材料的鎖定（鎖量、包銷、預(yù)付），有鋪墊以后，整體材料供應(yīng)能滿足2022年全年的需求量。在成本的控制上要多重并舉：除了提早地鎖定一些原材料買進(jìn)之外，還要做技術(shù)創(chuàng)新來(lái)降低成本——國(guó)產(chǎn)原材料的替代，新化學(xué)體系的使用，通過(guò)調(diào)整結(jié)構(gòu)吸收一些成本的上漲。

預(yù)計(jì)在2022年，相比去年，蜂巢能源的磷酸鐵鋰比重會(huì)增加（超過(guò)50%），短刀電芯的比例也會(huì)增加。現(xiàn)在全球規(guī)模（300GWh）不是很大的情況下，供應(yīng)鏈都已經(jīng)出現(xiàn)了比較大的供應(yīng)風(fēng)險(xiǎn)和挑戰(zhàn)，未來(lái)成幾倍，十倍的增長(zhǎng)，到TWh時(shí)代電池材料的供應(yīng)挑戰(zhàn)會(huì)更大。從長(zhǎng)遠(yuǎn)來(lái)看，蜂巢能源會(huì)自制一部分核心的原材料，并對(duì)上游原材料端進(jìn)行一些投資，會(huì)對(duì)下一代電池技術(shù)的原材料進(jìn)行一些投資。

從設(shè)備端來(lái)看，電池公司80%的投資是設(shè)備，需要以更高的生產(chǎn)效率和更智能化的，少人化的產(chǎn)線的設(shè)計(jì)，來(lái)規(guī)避未來(lái)人工成本上漲，來(lái)規(guī)避制造成本高的問(wèn)題，同時(shí)做了柔性化的高效產(chǎn)線設(shè)計(jì)，短刀產(chǎn)線兼容300-500多毫米。電池制造過(guò)程中產(chǎn)生的海量數(shù)據(jù)如何利用起來(lái)，對(duì)提升產(chǎn)品質(zhì)量，縮短制成周期都有非常大的好處。蜂巢能源專門做AI智能制造的落地，在電芯制造精益上做文章。

另外，蜂巢能源很有意思的是人才戰(zhàn)略，隨著品牌影響力的提升和規(guī)模擴(kuò)大，本身公司開放，具有新勢(shì)力思維的企業(yè)文化，在人才招引說(shuō)是比較成功的。對(duì)于員工的激勵(lì)，不只是圍繞薪水，包括合伙人制度的推進(jìn)、員工持股等措施其實(shí)都能讓企業(yè)的發(fā)展更穩(wěn)定。

小結(jié)：

電池做到現(xiàn)在，對(duì)一個(gè)企業(yè)從技術(shù)、設(shè)備、上游材料和人才全方面提出了要求，隨著車企的入局，整個(gè)電池產(chǎn)業(yè)會(huì)呈現(xiàn)出我們之前看不到的多元化色彩。