软包叠片的坚持-电动汽车观察家

软包叠片的坚持

“韧性”,正在成为当前企业的关键词之一,而支撑起这两个字的是一家企业的长远战略和长期坚持。就如张磊在《价值》一书中所言:“于企业和企业家而言,长期主义是一种格局,帮助企业拒绝狭隘的零和游戏,在不断创新、不断创造价值的历程中,重塑企业的动态护城河。”

正是对软包叠片技术路线的坚持,孚能科技的“护城河”越筑越深,“韧性”也愈发明显。

新能源车市场的快速发展,也促进动力电池行业快速革新。圆柱和方形电芯制造商层出不穷的新技术、新名词颇受关注,相比之下,软包叠片电芯则低调一些,进行着务实的技术递进,近年来的创新主要集中在材料体系,如高镍三元体系的量产、硅碳负极的应用等。然而,花开总有时。作为软包动力电池的领先者,孚能科技计划于9月9日正式发布全新动力电池解决方案,用创新设计和应用,带来一次颠覆性的技术变革。

为什么叠片更具优势?

众所周知,动力电池的技术路线纷繁复杂。除了正极材料的区分外,按电芯的封装方式可分为圆柱、方形、软包三种;制成工艺上又可分为卷绕和叠片两种,其中圆柱以卷绕为主,方形和软包虽然都适用卷绕和叠片,但目前方形仍以卷绕为主。

从出货量上看,卷绕是“货真价实”的主流。

卷绕通过固定卷针的卷绕,将正极极片、隔膜、负极极片按照顺序卷绕积压成圆柱形、椭圆形或方形,再放入方形或圆柱的金属外壳中。该工艺起步于上世纪90年代,经过近30年的发展,已经形成更为成熟的技术体系,在电芯一致性和成本控制方面都有较大优势。

叠片则是将正负极极片按一定尺寸裁切,然后将正负极片、隔膜交替叠合成电芯。相较于卷绕,叠片需要将极片与隔膜裁切成片,不仅工序上更为繁琐,且裁切过程中容易出现断面、毛刺等问题,影响极片分切的良率;单位面积内的叠片效率低于卷绕,故需要多工位叠片,设备资金投入更多。

但从电芯性能上看,叠片制成的电芯更为出色,而卷绕有着难以逾越的“鸿沟”。

一方面,正负极片和隔膜被卷绕制成电芯后,其两侧边缘位置的电极存在较大曲率,在充放电过程中容易发生变形和扭曲,从而导致电芯性能下降甚至构成安全隐患;另一方面,由于放电过程中两侧电流分布不均,卷绕电芯的电压极化较大,导致其放电电压不稳。

与卷绕不同,叠片工艺的原理决定了电芯的正负极片和隔膜不会在制造过程中发生弯曲,能够充分展开堆叠在一起。这不仅能减少电芯内阻、提升电芯功率,更重要的是,平整稳定的界面让极片能够同步收缩膨胀,让变形和电场变得均匀,使得电芯内部电子移动更容易,从而实现更快的充放电速度。

因此,在相同体积下,叠片电芯的能量密度较卷绕要多约5%,并且具备更长的循环寿命。

除了性能外,叠片电芯的安全性也更好。以孚能科技的软包叠片电芯为例,其针刺实验能够无明火甚至无烟,表现出高度的安全性。其中的奥秘就在于“热”。卷绕电芯主要是沿卷轴方向散热,加上卷绕层数较多,其传热散热的效果都不理想;叠片电芯凭借较少的极片堆叠层数和更大的表面积,传热散热效果明显,电芯热稳定性得到增强。

总结来看,叠片工艺在能量密度、安全性、充放电效率方面要优于卷绕工艺。

坚持正确的研判

前路不通却要头撞南墙,这叫固执;前路可通但要披荆斩棘,这是坚持。两者的区别在于是否为正确的方向和目标而坚持,但深层次的差异是决断正确方向和目标的判断力。

作为国内为数不多长期坚持叠片工艺,始终追求高品质电芯的锂电池企业,孚能科技所坚持的软包叠片技术路线正在逐步被市场和行业验证其正确性。

随着动力电池电芯高能量密度、大容量、大模组、长薄化的发展趋势愈发明显,叠片工艺已经受到了宁德时代、比亚迪、中创新航等锂电池企业的青睐,国际车企巨头也纷纷将目光锁定叠片工艺。

孚能科技之所以坚持,在于其掌舵者王瑀博士。

公开信息显示,王瑀博士先后担任NEC Moli Energy的研发科学家和PolyStor Corporation的电芯总设计师,之后创立孚能科技,并率先在科创板上市,自上世纪90年代就深度参与动力电池的研发和产业化过程。“软包叠片+三元”的技术路线,是其与团队在进行大量市场调研和技术评估,结合未来发展趋势和产品需求所制定的。

除叠片制成电芯的性能更好外,采用铝塑膜的软包封装还具备“三高一低”的优势,即散热效果好、极端情况不失控的高安全性,重量更轻、体积利用率更优的高能量密度,按需定制、多种空间布置的高灵活性以及更低的理论成本。

软包和叠片双重优势的叠加,加上三元材料体系的能量密度优势,孚能科技的产品性能一直处于行业领先地位。

能量密度上,孚能科技已量产285Wh/kg的高镍三元电芯和188Wh/kg的电池系统,均高于主要竞争对手,330Wh/kg的下一代电芯也具备量产状态。

值得关注的是,330Wh/kg电芯荣获USCAR年度团队成就并得到极高评价,被USCAR誉为“迄今为止验证过的最佳电池技术”和”首屈一指的成功案例”,被视为下一代动力电池的应用典范。

安全性上,孚能科技在2020年就实现了电池系统热失控后的“永不起火”,即在触发第一个电芯失控后的24小时内,电池系统未出现起火并逐渐恢复到安全的常温状态。这项成熟的热失控技术已被孚能科技广泛应用,目前高镍体系量产项目已经达到了远超国家热失控标准的安全水平,实现高镍体系的“永不起火”安全等级。

在孚能科技的产能规划中,可以清晰看到公司对软包叠片技术路线的坚持。

8月1日,孚能科技与赣州市经开区管委会签订《投资合作意向协议书》,总投资185亿元的30GWh新产能落地,其中一期规划建设的18GWh初步规划为生产三元软包动力电池。8月底,孚能科技再度牵手赣州市经开区,签约落地年产9GWh动力电池模组、PACK及电芯生产线。

事实上,随着国内动力电池企业扎堆方形或圆柱时,同质化的技术路线带来的专利等风险越来越多,专注于软包叠片的孚能科技则规避了这些不必要的风险。随着动力电池从液态向半固态过度并最终迈入全固态时代,彼时的正负极片已无法被卷绕成团,叠片工艺不可替代,而优异的安全性及强度无需过度包装,一张轻薄的铝塑膜足矣。

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