探秘蜂巢“短刀”电池工厂
邱, 锴俊蜂巢能源亮相之时，打出“叠时代”旗号，要以叠片工艺打天下。从此，VDA电池，叠；MEB电池，也叠。
2021年蜂巢能源电池日，蜂巢宣布将其电池全系“短刀”化。所谓“短刀”，是薄长条形方壳电池，最长将近600mm。
这么长的电芯，叠起来很难对齐。还叠吗？
还叠。
而且速度还要提升，要能和大多数方壳电池厂的卷绕工艺PK。
真能做出来吗？
2月25日，我有机会走进蜂巢能源常州工厂二期的“短刀”产线，见证“短刀”生产的过程；此后，又和蜂巢能源董事长杨红新等高管交流电池的研发和生产。
“‘短刀’的产线和全球其他所有电池产线比，都是非常先进的……我们对产线非常有信心，能造出高质量的电池。”杨红新说。
在搞定第一代“短刀”的研发、生产之后，蜂巢能源还要在“短刀”上持续做文章：高比能的、高倍率的、材料更丰富的……都有布局，以应对国内外对手的持续出招。
像蜂巢能源这样的动力电池企业，很多人以为就是生产制造，并没有什么技术含量。但是，在国家战略新兴产业下，蜂巢能源研发无钴电池等新产品、研发应用叠片工艺、机器视觉、人工智能等新技术，都是全球科技前沿的拼争，也面向蓬勃发展的电池市场需求。
无论是研发还是生产，这都是妥妥的硬科技，也是支持蜂巢能源快速增长的核心动力。
01
“短刀”良率近90%
蜂巢能源2018年2月成立。首个工厂落地常州，2019年底一期就建成；2021年三季度，二期又建成投产。速度很快。
二期8GWh产能中，其中有一条是蜂巢能源特别看重的“短刀”产线。蜂巢希望用“短刀”品类，来兼容乘用车、商用车、储能等市场的需求。
蜂巢能源“短刀”电池
“短刀”绝对是蜂巢能源战略级别的产品。
和比亚迪的刀片电池相比，蜂巢能源的“短刀”也是长薄型铝壳电芯，但是长度较短，不到600mm，而比亚迪刀片长度可达960mm。
蜂巢能源认为，“短刀”有刀片电池的几乎所有长处：体积能量密度高、可以作为结构件做CTP，降低成本，易于散热，安全性好。
此外，由于它的长度还不是太长，能够适配80%以上的乘用车，包括和大众系推行的MEB模组相兼容，还适合做储能。另外，生产工艺也更好实现，做到更高的良品率。
这一切都是理论推导，2018年才成立的蜂巢能源，真的能将长达600mm的电芯做好吗？
任务落在蜂巢能源常州工厂二期。
2021年三季度，蜂巢能源常州工厂二期投产，可以生产三种规格的电池：VDA、MEB和“短刀”。
无论是哪种电池，生产工艺流程大致类似，分为匀浆、涂布、辊压、切片、叠片（或卷绕）、装配、注液、化成等。
一般的电芯生产流程
就蜂巢能源的“短刀”品类而言，难点在于涂布、辊压、模切和叠片等工序。因为长度达到近600mm，涂布的面密度和对齐度就有很大难度；模切过程类似，要切得非常精准；而叠片工序，必须叠得很快，还要叠得很齐。
在涂布工段，我们参观了正极涂布工序。这一工序中的涂布机，能够分两列涂1.4米。蜂巢能源董事、工艺资深总监刘小安介绍，这是业界最宽的涂布机之一。
评价涂布工序的好坏，主要是三个指标，速度、面密度和涂布位置的准确度。蜂巢“短刀”的涂布工序能做到的水平是：涂布速度到80m/min的水平，涂布面密度控制在±1.5%以内，涂布正反面错位≤0.5mm。
刘小安说，这几个指标都是业界最好的水平。
“短刀”正极的涂布工序产出物
在涂布之后，需要对极片进行辊压，以确保正负极和基材紧密贴合，以及实现高能量密度。“短刀”片的极片很长，辊压难度也大，因为必须做到整个极片的高度、密度都高度一致。
这一工序段还有一个难点，在辊压过程中，料区的铝箔片和无料区的铝箔片，应力不一样，容易发生断带。
辊压工艺
这需要铝箔很好的延展性。铝箔在被加热的情况下，会有更好的延展性。业界一般的解决方案是热辊压，即辊压机是加热过的。蜂巢的辊压工序特别之处是，提前通过电磁加热，加大铝箔延展性，因为仅仅辊压时加热，效果有限。
在辊压环节，蜂巢能源“短刀”的CPK做到大于1.33（相当于该工序段产品的理论合格率=99.993%）。
在模切环节，和蜂巢能源一期产线不同，二期蜂巢都采用了激光模切工序。激光模切精准度更高，产生毛刺小，也不用模具，速度也更快。这一模切线相比一期，从每分钟切30米，提升至40-50米。
切片之后，就到了蜂巢最核心、也最有竞争力的叠片工序了。在国内，方形铝壳技术路线的企业，一般都采取卷绕工序，因为速度快，设备也较为简单。叠片工序原来一般用于软包电池。
但是，叠片电池的安全性更好，能量密度也更高。因此蜂巢刚刚亮相，就确定以叠片为技术路线，并成为高速叠片工艺的引领者。
在一期，蜂巢能源已经实现了业界最快的0.6秒/片的叠片速度。在二期，蜂巢Z字形叠片机，已经实现了0.4秒/片。另外，在二期产线一个被围挡起来工序上，蜂巢再进一步，实现了0.125秒/片的叠片速度。
刘小安说，0.125秒/片的叠片速度已经可以叫板卷绕工艺。一般卷绕的速度是0.2秒/片。
叠得快的同时，还得叠得准。刘小安介绍，现在“短刀”叠片工序的对齐度精度是±0.3mm，达到了业内最好的水平。
叠片工艺
在叠片工序之后，叠好的极组要送去装配。在这两个工序衔接的物流段，蜂巢能源采用了业界首创的磁悬浮物流线。和传统的皮带物流线相比，磁悬浮物流线速度快达到3米/秒的速度，是业界一般水平——0.3米/秒的十倍，而且异物抑制率提升了80%。
磁悬浮物流线
一方面是磁悬浮物流线没有传送摩擦，不会带来粉尘污染；另一方面，是蜂巢还采用了AI技术，来设置磁悬浮托盘的加速、减速，防止撞击。
叠片之后的极组，再经过热压、装配、注液、活化、老化、检测等环节就宣告完成。
“短刀”也就此诞生。
目前，方形电池越做越大已经成为潮流，因为能够提升能量密度，并且和底盘结合，部分作为结构件使用。很多企业也采用长薄形电芯，但是要么做不了那么长，要么良品率上不去。
蜂巢能源常州工厂二期的“短刀”产线，不仅能够将长达600mm的“短刀”生产出来，而且良品率也不错。
杨红新介绍，现在“短刀”产线还处在爬坡阶段，但良品率已经到85-90%的水平。“我们的目标是能够做到和传统的产品一样的水平——95%以上。”
02
硬科技成就智能制造
蜂巢能源“短刀”产线，不仅是全球最先进的电池生产线，也是智能制造的典范。
首先，这个产线应用了很多电池生产所需的高端装备。
最典型的就是超高速叠片机。在蜂巢能源一开始打出“叠时代”口号时，还是从韩国寻找先进的叠片技术和设备。但是二期即将启用的超高速刀片式电芯叠片机，就是蜂巢能源自己研发设计，委托设备厂加工的。
前面提到，这个叠片机叠片效率可以做到0.125s/片，超越普通卷绕工艺的效率，引领了全球叠片工艺的进步。
此外，在匀浆工序中，蜂巢采用了2300L大容量双行星搅拌设备。刘小安介绍，这个设备的单体容量在行业里是最大的，每罐浆料可生产纯电动车约10辆左右。
其次，这个产线大量应用了机器视觉，帮助实现工业自动化和智能化。
“短刀”产线主要用了三种机器视觉设备：β射线检测系统、激光检测和CCD（影像）检测。
β射线检测和激光检测是对检测对象发出β射线或者激光，通过检测β射线衰减情况或者是激光反射数据，来分析、测量检测对象的厚度、大小、位置等数据。
而CCD检测，就如同给被检测对象拍了一张照片，然后将图像信号转换为数字信号，再通过系统对信号进行运算，来判别被检测对象的特征。
蜂巢能源大量应用这些设备，来监测监测电芯生产品质。
比如在涂布工序上，蜂巢采用3套β射线在线面密度检测系统和2项CCD实时涂宽检测系统，来确保面密度的一致，以及涂布位置的准确性。
再比如，在辊压工序，蜂巢采用了实时在线激光测厚技术，帮助辊压厚度控制在±3微米以内。
还有，在模切工序上，蜂巢采用2套CCD检测极片的白点、黑点、划痕，以及尺寸是否符合要求。
对于人眼不能看出来的问题，机器的视觉可以做到无论巨细，都一览无遗，帮助把控产品质量。
叠片之前采用激光预定位
第三，蜂巢能源“短刀”产线大量采用了人工智能（AI）技术。
在蜂巢能源开始规划建厂时，就以建设车规级动力电池为标准，而要做到车规级，就必须大量采用AI技术。
AI要发挥作用，参照人类的智能，首先它要像人一样，能有感官来获取信息，因此，产线必须实现高度数字化，让人工智能充分掌握产线的信息。
蜂巢能源在这一方面，通过人、机、料、法、环、测、时间等7维制程管控，实现过程超过2500个因子的监控，并可追溯到单电芯每个制程的过程数据。这些数据在手，AI对产线就一览无遗了。
AI发挥作用的第二步，是学习。通过大数据的分析，AI逐步建立2500个因子的参数，和产品质量、数量的关系。这一过程中，蜂巢并不依赖它的供应商西门子，而是建立了自己的算法团队，通过构筑各种模型，来训练AI。
AI发挥作用的第三步，是智能反馈、持续调优。在找到各个因子和产品质量、数量关系之后，AI就能寻找最佳参数组合，来提升质量或者效率。
举例而言，在涂布工序中，β射线检测系统和CCD涂宽检测系统与涂布机是实时互动的。一旦检测设备发现了面密度和位置的异常，就会自动调整涂布参数，让涂布机执行，使其达到生产的要求。
当前，电池生产也已经成为不同企业、甚至不同国家争相布局的业务。设备的先进水平、智能化水平，则是判断电池工厂的两大标准。目前，蜂巢“短刀”工厂，智能制造水平是领先的。
特别是人工智能。先进的设备可以购置或者模仿学习，但是人工智能的布置和进化，需要时间和积累。
03
持续进化的“短刀”
蜂巢能源现在的“短刀”产线，生产的是磷酸铁锂电池，能量密度达到175Wh/kg。第二代“短刀”，能量密度能做到190Wh/kg。
能量密度的竞争，只是电池竞争的一项。伴随电动汽车等应用场景的需求，电池还需要在快充倍率、材料供应的稳定和经济、高安全性等许多方面展开竞争。
蜂巢能源的“短刀”如何应对呢？
蜂巢能源的策略是，在坚持“短刀”这一规格体系的基础上，不断研发、应用新的材料技术，以应对不同的需求。
在能量密度提升方面，蜂巢既有和同行类似的方案，也有自己坚持的方案。
“不管是磷酸铁锂混磷酸锰铁锂，还是磷酸锰铁锂混三元，我们也都在做。”杨红新说。
他介绍，采用类似技术，蜂巢2023年就会推出第三代“短刀”，能量密度会进一步提升。
杨红新介绍，磷酸铁锰锂等技术实现了较高能量密度，对三元电池和无钴电池也提出挑战。
蜂巢的应对方案是，三元电池仍然坚持中镍路线，但是提升中镍的克容量和电压。“我们2022年上半年就会量产4.4V中镍高电压产品。无钴4.4V的产品也会在今年年底、或2023年的年初量产。”
杨红新说，通过提升电压、提升材料整体克容量，三元“短刀”能量密度有望达到250wh/kg，可以铁锰锂、铁锂拉开一定的差距。
在快充性能方面，蜂巢能源的提升路线图是：“我们接下来所有的‘短刀’，1.6C是标配，我们正在开发2C-2.2C的铁锂，我们也在预研4C的磷酸铁锂。”
除此之外，杨红新透露，蜂巢能源在研究硅负极，也在开发固态电池技术、钠离子电池正极、负极、电解液等等。
蜂巢能源将有不同尺寸、不同快充能力、适合不同场景、覆盖全域化学体系的“短刀”产品
对于电池材料的创新和进化，杨红新认为，“这就是做电池有意思的地方，但是小企业会跟不上，因为要同时开发五代、六代产品，十几种体系配合到一起。庞大的投入，资源的需求，人才的需求，未来几年以后才会见效益，只有像我们这样重视研发，有一定资源的公司才能够坚持下去，很多小企业是没有办法全面开花做这件事情的。”
确实，当前的电池产业，早已不是资源密集型产业，也是技术密集型产业。无论研发和生产，都需要巨额的研发投入，生产设备、工艺创新和应用的投资。这使得电池企业的存活门槛，会越来越高。
2022年，蜂巢能源的“短刀”电池，出货量有望超过2GWh，为其全系“短刀”化打开局面。
“短刀”能够挥舞多久？要看蜂巢能源持续研发和生产创新。
研发方面，蜂巢能源第二代、第三代“短刀”的研发已经进行。生产方面，首个“短刀”产线建成投产后，蜂巢能源已经积攒了经验。下一个“短刀”产线，良率会更高、效率也会更高。
