固態(tài)、無鈷、還是四元鋰，動(dòng)力電池的未來究竟在哪里？
之所以想起這個(gè)靈魂問題，是因?yàn)槲仪皟商熳吡艘惶吮６ā６６ㄟ@個(gè)城市一跟汽車扯上關(guān)系，聰明的你一下就反應(yīng)過來是在說長城無誤了。
體量巨大的哈弗技術(shù)中心，后退二十米也拍不完整
一進(jìn)大門，從硬件上就能看出，魏老板在研發(fā)上可真是沒有省錢的意思。
這回倒不是來看長城新車的，而是長城汽車旗下子公司蜂巢能源召開了品牌戰(zhàn)略規(guī)劃及產(chǎn)品發(fā)布會(huì)；蜂巢能源的前身其實(shí)就是長城汽車動(dòng)力電池事業(yè)部，獨(dú)立后其研發(fā)投入、產(chǎn)能、產(chǎn)業(yè)覆蓋度均會(huì)更上一層樓。
原來造車已經(jīng)弱爆了，現(xiàn)在狠人都開始玩兒電池啦。
中國還需要多一個(gè)電池廠嗎
目前，國內(nèi)動(dòng)力電池行業(yè)基本處于寡頭壟斷的局面，頭部勢(shì)力寧德時(shí)代、比亞迪壟斷了行業(yè)80%的份額。2018年全年，我國動(dòng)力電池裝車量共計(jì)56.9GWh，同比增長56.3%，單單前兩者之和便為34.9GWh，并且在2019年還有逐漸增多的趨勢(shì)。
說起蜂巢能源前身：長城汽車動(dòng)力電池事業(yè)部，倒也不是業(yè)內(nèi)新人。自2012年起開展電芯研制，2018年2月獨(dú)立為蜂巢能源，總部位于無錫，核心業(yè)務(wù)包含汽車動(dòng)力電池材料、電芯、模組、PACK、BMS、儲(chǔ)能、太陽能研發(fā)和制造，以此看來，勢(shì)必要從頭部大廠嘴中虎口奪食了。
多一位玩家總是有好處的，有競(jìng)爭(zhēng)才有性價(jià)比嘛。
從制造工藝上分類
根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)水平來判斷，鋰電池將保持、乃至于長期保持市場(chǎng)主導(dǎo)地位。
我們習(xí)慣上按照封裝工藝以及形態(tài)的不同來進(jìn)行劃分，目前主流可分為三種，那就是圓柱形鋰離子電池、軟包鋰離子電池、方形鋰離子電池。
自鋰離子電池商業(yè)化以來，最先廣泛應(yīng)用于3C、消費(fèi)電子的就是圓柱鋰離子電池了，特斯拉就是采用了松下的18650及21700 NCA圓柱鋰離子電池，其特點(diǎn)便是卷繞工藝成熟、能量密度較高，但是電控難度相應(yīng)水漲船高。
軟包鋰離子電池業(yè)發(fā)展了也有20余個(gè)年頭了，LG、SK、AESC等公司均有大量成熟產(chǎn)品廣為使用，其最明顯的特點(diǎn)就是外殼為鋁塑膜，因此裝配工藝相對(duì)簡(jiǎn)單，在動(dòng)力電池領(lǐng)域使用疊片工藝。
對(duì)應(yīng)的方形鋰離子電池也就明白了，制作工藝上與軟包其實(shí)大同小異，只是因?yàn)檠b配后鋁殼和蓋板的封裝采用了激光焊接，焊接后留有注液孔進(jìn)行二次注液，組裝工藝自然更為復(fù)雜，目前大多使用卷繞成型工藝。
由于方形鋰離子電池（國內(nèi)車型大多采用VDA尺寸）具有電控難度相對(duì)較低，且在制作工藝上有安全性上更為突出的雙重好處，可以說是成為越來越主流的選擇。
而蜂巢能源的突破就是在其基礎(chǔ)上使用疊片工藝，并突破了方形疊片最大的難題 - 生產(chǎn)效率，這樣帶來的好處就非常多了（后邊細(xì)聊），而這，也將是未來數(shù)年動(dòng)力電池的主流發(fā)展方向。
蜂巢有那個(gè)本事么？
軟硬件確實(shí)不賴。
蜂巢能源目前在全球布局了七大研發(fā)中心，5大制造基地。其中保定、韓國、上海、印度的研發(fā)中心已投入使用，另有美國、日本和無錫三地在建。
工廠建設(shè)方面，保定建設(shè)完成的PACK線，已實(shí)現(xiàn)量產(chǎn)，江蘇常州工廠將于2019年年底實(shí)現(xiàn)SOP。至2025年，國內(nèi)規(guī)劃產(chǎn)能達(dá)到76GWh，在全球?qū)⑦_(dá)到120GWh，其中歐洲工廠24GWh、北美工廠20GWh。
其中首次曝光的歐洲電池工廠將采用先進(jìn)高速疊片工藝，總用地400畝，項(xiàng)目分二期實(shí)施，一期建設(shè)2020年度啟動(dòng)，2022年度建成投產(chǎn)。
另外，由于蜂巢能源（長城）本來就是造車的，因此在汽車產(chǎn)業(yè)人才、汽車行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)、滿足車規(guī)級(jí)應(yīng)用等數(shù)個(gè)維度，擁有先天便利條件。
疊片好處都有啥
現(xiàn)在來回答前邊的問題，也就是蜂巢能源最重要的突破，在方形鋰離子電池當(dāng)中，摒棄了主流的“卷繞”工藝，而是選擇了“疊片”工藝。
蜂巢能源的高速疊片工藝
目前，不論是軟包還是方形鋁殼動(dòng)力電池，受新能源車電池包設(shè)計(jì)的影響，高度普遍受限，其形態(tài)正在向著更長的方向發(fā)展。
為了順應(yīng)這個(gè)趨勢(shì)，傳統(tǒng)的卷繞工藝電芯已經(jīng)不能滿足車規(guī)級(jí)動(dòng)力電芯的形態(tài)要求，取而代之的將是疊片工藝生產(chǎn)出來的電芯。正是由于疊片電芯尺寸靈活，不受卷繞卷針結(jié)構(gòu)的限制，層疊式生產(chǎn)，極片的界面平整度高，好處自然是非常多的。
平整度更高了，最直接的變化就是能量密度將提升5%、循環(huán)壽命將提升10%，而技術(shù)成熟規(guī)模化之后成本還能再降低5%。在不改變其他環(huán)節(jié)工藝、原材料的前提下，僅使用疊片工藝就能提升10%的循環(huán)壽命。
因此，未來動(dòng)力電池也將逐漸摒棄模組化，向?qū)I(yè)（車規(guī)）化、大型化發(fā)展，體積越大，疊片的優(yōu)勢(shì)也更加突出，這也是未來動(dòng)力電池的發(fā)展趨勢(shì)；不僅是蜂巢能源，松下、三星SDI、CATL等行業(yè)巨頭都有在2022年前后導(dǎo)入疊片工藝的計(jì)劃。
說的好處夠多了，那么弊端如何呢？
最大的麻煩就是受制于設(shè)備、工藝，所產(chǎn)生的制造、效率瓶頸，疊片工藝在實(shí)際的產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用中還面臨著諸多難題，其中最凸顯的就是疊片工藝的生產(chǎn)效率，目前國產(chǎn)動(dòng)力電池疊片機(jī)效率普遍在1-1.2s/片/單工位，單工位效率低，制造成本高，相比起來卷繞明顯成熟、便宜的多。
蜂巢自然也不例外，目前蜂巢一期，雖然有顯著突破，但也將處于平均單工位0.6sec的水平，常州二期將進(jìn)步至0.45sec，最終三期目標(biāo)為0.25sec，據(jù)蜂巢能源楊紅新總經(jīng)理介紹，當(dāng)達(dá)到0.25sec的目標(biāo)之后，疊片效率將超過卷繞，不僅僅在性能、安全性上優(yōu)勢(shì)明顯，也將在成本上獲得更多優(yōu)勢(shì)。
產(chǎn)品說話，首款無鈷電池
僅僅在工藝上有所革新必然是不夠的，還得在源頭材料上拿點(diǎn)本事出來才行；此次發(fā)布會(huì)，蜂巢能源一口氣發(fā)布了全球首款無鈷電池、全球首款四元電池，來勢(shì)兇猛。
正是源自鈷的不可替代性，因此市場(chǎng)波動(dòng)幅度極大，據(jù)蜂巢能源介紹，其無鈷材料性能可以達(dá)到NCM811同等水平，材料成本降低5~15%，相應(yīng)帶來的電芯BOM成本可以降低約5%，且會(huì)讓材料不受戰(zhàn)略資源影響。
目前這款產(chǎn)品研發(fā)過程進(jìn)展順利，年底前將完成材料開發(fā)，2020年3月完成材料體系的進(jìn)一步優(yōu)化，8月體系定型，2021年11月將實(shí)現(xiàn)無鈷電芯的SOP。
首款四元電池
目前電動(dòng)車的主要矛盾，絕對(duì)是人民日益增長的出行半徑與電動(dòng)車?yán)m(xù)航能力之間的矛盾。
由于動(dòng)力電池行業(yè)對(duì)續(xù)航能力的急切渴望，高鎳電池已經(jīng)成為行業(yè)共識(shí)，但是更高的能量密度也伴隨著更活潑的化學(xué)性能，安全性能是整個(gè)行業(yè)必須要正視的問題。
在此背景上，蜂巢能源推出的四元正極材料，并基于該材料發(fā)布了全球首款四元材料電芯，其循環(huán)性能將優(yōu)于目前市場(chǎng)上常見的NCM811材料，重點(diǎn)表現(xiàn)在這幾個(gè)方面：耐熱更好、產(chǎn)氣少。最終呈現(xiàn)在動(dòng)力電池上就是容量更高、壽命更長、安全性更好。
單獨(dú)解釋一下產(chǎn)氣少這個(gè)優(yōu)勢(shì)，我們都知道活潑的三元鋰電池最怕著火，而且麻煩的是其本身就能夠達(dá)成點(diǎn)燃三要素，并不需要外界條件的輔助，自身就能夠提供氧氣。四元電池的好處便是至少減少25%的產(chǎn)氣量，本身耐熱性能也更好，這樣燃燒的概率就降下去了。
從進(jìn)度來看，四元材料電芯項(xiàng)目于2018年9月立項(xiàng)，將在今年年底前完成材料開發(fā)，預(yù)計(jì)將于2020年12月實(shí)現(xiàn)材料SOP，將在2022年11月實(shí)現(xiàn)基于四元材料的電芯SOP。
寫在最后
固態(tài)電池普及尚需時(shí)日
以這次發(fā)布的產(chǎn)品來看，這些新材料、新工藝都是基于NCM三元鋰電池進(jìn)行的第二曲線技術(shù)創(chuàng)新，革命性的固態(tài)電池并不在其列。
這是以現(xiàn)有技術(shù)水平及發(fā)展方向來判斷的結(jié)果，未來10年內(nèi)液態(tài)電池還將是主流，固態(tài)電池依然將長時(shí)間處于一個(gè)萌芽階段，需要經(jīng)歷準(zhǔn)固態(tài)電池，再發(fā)展至全固態(tài)電池，大規(guī)模量產(chǎn)還是需要很長時(shí)間。
接下來，還真挺期待這位新晉玩家能否在動(dòng)力電池行業(yè)掀起一些風(fēng)浪，寧德時(shí)代是否會(huì)感受到一絲壓力呢？我相信，主機(jī)廠強(qiáng)勢(shì)電池業(yè)務(wù)剝離將是接下來的主流發(fā)展趨勢(shì)，這更符合動(dòng)力電池行業(yè)發(fā)展的需要、以及自身的利益最大化，當(dāng)然這就是另一個(gè)話題了。
聯(lián)系客服
