“电池日”背后的蜂巢能源-电动汽车观察家

“电池日”背后的蜂巢能源

电池系统技术层出不穷。

12月15日,在第三届电池日上,蜂巢能源重点发布了一款全新的电池系统——龙鳞甲电池。

该系统通过优化结构,提升电芯空间占比,可将磷酸铁锂乘用车续驶里程推高至800公里,高锰铁镍电池可以做到900公里,三元电池则可以做到1000公里。

除了龙鳞甲电池包,蜂巢能源还发布了比铁锂密度高、比三元成本低的高锰铁镍电池,适合高比能电池的纳米网硅负极等。

此外,蜂巢能源将其研发的第三代叠片工艺命名为“飞叠”。

蜂巢能源布局的蜂窝生态也已经形成完整生态链,覆盖了从矿产到电池回收的完整链路。

本着哪里是瓶颈就改哪里的原则,蜂巢能源的创新触及了产品、工艺,甚至合作模式创新等各个环节。擅于从根源解决问题,不为自己设限,是蜂巢能源非常鲜明的特征。

蜂巢能源电池日内容很多,下面挑重点来说说。另外,我们也要看到,大张旗鼓地搞电池日,蜂巢能源是国内独一家。它为什么要在电池日上投入这么大?背后逻辑是什么?

01

什么是龙鳞甲电池

作为一个以车规级电池起家的企业,车用动力电池是最重要的产品。

在蜂巢能源董事长兼CEO杨红新看来,车用电池安全是最重要的,其次快充也是刚需。

续驶里程目前够用,但是能量密度提升带来的就是成本的降低,是车企和消费者无限追求的,也就是电池企业的奋斗目标。

龙鳞甲电池就是围绕着这几个需求点进行了系统设计。

(1)热电分离提升安全性

在安全方面,龙鳞甲电池采用热电分离的设计思路,就是将电连接区域与热失控区域分离开来。

创新电芯结构,底部防爆阀设计,缩短排气通道距离。电芯热失控后产生的气体排出距离是最短的,可以使热失控时内部产生的高压气体快速、定向且可控的泄压。

底部泄压阀与两侧极柱完全物理隔离,杜绝单个电芯被短路后引发的整个电池包的内部高压拉弧,降低打火失效概率。

一直以来,企业都将目光锁定在对“热”的防护,因为做到热的控制,基本就能满足国标“5分钟”不起火的要求。

但实际上,电芯的热失控带来的不仅是起火或爆炸,喷发出的导电物质,还会在电池包内形成更复杂的短路,从而引发二次危害。

因此要做到真正的不起火,热电分离是发展趋势,蜂巢能源显然是相对较早认清这一点,并通过技术加以解决的企业。

(2)高集成度拉升续航

续航也是消费者看中的重要指标,其实消费者需要的是既便宜续航又高的车辆。

理解了这一点,才能明白蜂巢能源的龙鳞甲电池为何是以磷酸铁锂电池为核心。

磷酸铁锂电池便宜,但要续航高,还需要改进。电池系统层面,龙鳞甲短刀电池的成组效率达到创纪录的76%。

首先,通过底部热失控泄压区域与水冷板集成设计,不仅可以做到顶部全平,而且在不增加电池包总高度的情况下增加电芯高度8-10mm,增加电池包的能量和体积利用率。

其次,由于底部泄压,龙鳞甲取消了中央排气通道设计,进一步为电芯腾下了空间。

第三,底部采用高弹性钢加弹性支架,实现底部与防护空间的紧密结合,进一步提高体积利用率。

(3)换热能力强

龙鳞甲电池采用上下大面水冷板,电池包上盖与水冷板集成,并增加了底部水冷板。

根据杨红新的说法,在2.2C快充和4C快充下,龙鳞甲电池在采用双面平齐的大面水冷后几乎没有温度异常区域。实物测试大电流充电800V超级快充下,电芯温度一致性非常好,换热能力提升70%。

(4)成本明显下降

通过提升集成度,龙鳞甲电池与蜂巢第一代矩阵电池包相比,结构件减少20%,整包重量降低10-20kg。

(5)兼容性高

通过调整短刀电芯的厚度和长度,龙鳞甲电池可以兼容A00到C级车。杨红新介绍说,龙鳞甲电池可以覆盖全部300mm-600mm各尺寸电芯。各个公司都在推的CTC,CTB,CTV都可以与龙鳞甲设计方案实现完美结合。

龙鳞甲电池已确定搭载两款重磅车型,一款SUV,一款轿跑,将在2023年下半年量产上市。

02

工艺和产品持续改进

(1)生产工艺仍有提升潜力

生产工艺方面,蜂巢能源将其第三代叠片技术命名为“飞叠”。

蜂巢能源第一代叠片技术的效率是0.6秒/片,第二代0.45/片。而第三代“飞叠”技术效率已经在努力赶超卷绕工艺,达到0.125秒/片的效率。

相较于蜂巢能源上一代叠片机,第三代“飞叠”技术的叠片机占地面积减少45%以上,效率提升200%以上。第三代“飞叠”技术还集成了极片放卷、裁切、叠片CCD在线监测、热压功能,缩短了极片卷料到叠片之间的片料转运,降低极片裁切到叠片间的加工精度差,大幅度提升电池的良品率与产品安全性。

电池日上,杨红新宣布将“飞叠”对外公开授权。

在杨红新看来,叠片工艺的特点是能够将电池做薄,做薄后的电池安全性和热管理都有明显的改善,这样既与头部企业做到了差异化,又在安全性上取得了进步。

杨红新解释说,此次,蜂巢能源敢于“飞叠”技术的授权开放,是因为他们已经储备了第四代叠片技术,效率又提高了一倍,会用到更多先进的技术。

根据杨红新透露,他们第四代技术用到了更先进的激光技术和物流技术。顺利的话,预计明年年底,第四代叠片机就可以推出来了。

在杨红新看来,叠片电池工艺上还有很多可以改进的地方,例如在电极段,可以不再有中转罐;如果采用干法涂布工艺,可以没有匀浆,也基本没有烘箱;叠片工艺段,效率还可以再提升;装配段,可以通过单机效应提升,例如磁悬浮提升物流效率、串联化成的等方式降低成本。

“我觉得中国在大功率激光和高速激光上做得还可以,但是磁悬浮物流上还是做得很差,还是需要努力的,我们也是在和一些企业联合开发磁悬浮物流。”杨红新说。

蜂巢能源在工艺流程上有着非常多且明确的改进方向。

(2)高锰铁镍和纳米网硅负极,降低成本提升性能

产品方面,蜂巢能源还发布了高锰铁镍和纳米网硅负极相关技术。

前文提到的高锰铁镍电池,是蜂巢能源针对磷酸铁锂电池能量密度存在天花板而提出的新产品方案。由于不含钴,高锰铁镍电池成本可控;同时其能量密度又比磷酸铁锂更高。

与磷酸铁锂电池包相比,蜂巢能源的高锰铁镍电池包续航能够提升100公里,低温性能提升2倍;与同体积密度的三元电池包相比,整包成本要降低9.5%。

蜂巢能源预计高锰铁镍电池包重量能量密度为220Wh/kg,体积能量密度为503 Wh/L,量产时间预计2024年。

纳米网硅负极,是蜂巢能源为高能量密度电池提出的负极技术方案。蜂巢能源为此自主开发了筑网束硅技术、硅碳融合技术、双层包覆技术,循环寿命较进口同类产品提升10%。

这一负极材料的特点是,高容量、高首效、低膨胀、低产气、长寿命,支持4C快充。

蜂巢能源预计,纳米网硅负极搭配高镍正极,将率先在大圆柱电芯上实现应用,实现能量密度≥300Wh/kg。2025年,蜂巢能源搭配纳米网硅负极的高能量密度电芯产能将达到5GWh。

03

开辟储能第二增长曲线

储能的发展已经不再是过去动力电池发展的延长线,而是一根新的增长曲线。

在杨红新看来,明年后年的动力电池市场竞争将会非常激烈:在2026年左右,海外的动力电池厂家开始批量生产,到时市场竞争必然进入白热化阶段。蜂巢能源必须捕捉到第二曲线进行探索,储能未来会是一个巨大的赛道。

杨红新坦言,在储能领域的布局有点儿晚,但是他们察觉潜力后,立即做出了战略调整,切入这个领域。

对此,他们主要有三个切入点:电力侧,这是基本盘,需求稳定,双碳战略下风光电强配储能;工商业储能快速发展,电力市场改革,峰谷差使得商业模式能够闭环;家用储能,欧美能源危机、电价上涨,为家用储能带来了巨大商机。

 

根据目标,2025年,蜂巢能源全球市占率超过10%,进入全球TOP5。杨红新希望,能够充分发挥中国磷酸铁锂资源优势、蜂巢发挥短刀优势,以及中国的巨大的光伏风电和新能源战略优势。

具体来看,蜂巢能源用L500短刀电芯直接布局下一代325 Ah电芯,这样能量密度较280 Ah电芯提高10%,零件数减少15%,成本降低10%,占地面积减少18%,双面液冷安全性大大提升,在系统设计上采取特殊隔离舱设计模式,将龙鳞甲设计理念挪用到储能上。

工商业储能竞争力在于能源聚合服务,蜂巢能源从一个电池提供商,通过与合作,逐渐转变成一个能源运营商、一个电力交易商。

家用储能层面,蜂巢能源采用方形+软包的路线,成本更低效率更高,利用自研高能量密度电芯优势提高家用储能能量密度和成本。

电池与石油的差别是,石油用完了就不可再生了,但是电池能够完整回收。从早期的供应安全,到后来的上下游协同。蜂巢能源已经完成从矿产资源、到电池材料(锂白科技)、到电池装备(章鱼博士—智能制造)、到储能业务(蜂巢智储)、到能源服务、到电池回收(藤青青)全生态链路的打通及合作,并孵化零碳产业园(达州零碳产业园)。

04

技术+制造,决战TWh时代

在本届电池日上,杨红新进一步阐述了电池行业不同发展阶段的竞争策略:十年前,电池企业靠产品技术取胜;五年前,靠差异化定位取胜;但进入TWh时代,靠技术+制造取胜。

车规级工厂、“领蜂600”战略,将给蜂巢带来以制造为代表的大规模、高效率、高品质交付,是TWh时代竞争法宝之一。

另一个重要因素,还是技术。

蜂巢能源当前在科技创新、智能制造领域的充分投入,为的是在长期竞争中,保持优势。

目前,就装机量而言,蜂巢能源2021年及2022年1-6月动力电池装机量世界排名第十;同一时期,动力电池装车量国内排名第六。

但是,在专利排行榜上,在科创实力和成果上,蜂巢能源的排位要比装机量要更高,称得上引领行业。从这些专利、成果来看,蜂巢能源已经为自己挖掘了一条宽而深的护城河。

从材料体系,到工艺制造,到监控预警,再到回收利用,每一个环节蜂巢能源都有原创性科研布局,而且每一个环节都有多种解决方案,以应对不同的需求。

这也是蜂巢能源根本逻辑——只有具备原创性、系统性、多样性的产品解决方案,才能在动力电池、储能电池市场大爆发时,“应收尽收”,抢得足够大的市场份额。

蜂巢能源大张旗鼓地举办电池日,反映了它们以创新为美、以创新为荣的企业价值观。每年花大价钱做电池日,也能告诉企业内部和行业,对于科研创新,蜂巢能源是认真的。

千金买骨,良马必然纷至沓来。这就是蜂巢能源要大张旗鼓办“电池日”的原因。

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