無鈷電池的“代言人”，在安全和成本控制的道路上越走越深。
2020年，動力電池領(lǐng)域的討論始終圍繞著兩大話題：安全和成本。寧德時代與比亞迪的針刺之爭，是為安全；刀片電池、CTP等電芯、電池包的新結(jié)構(gòu)，是為成本；特斯拉的電池日，其中一大主題就是成本。
不難看到，技術(shù)演變路線、成本控制方法等等，以他們的爭論為開始，向著新的方向發(fā)展。
但每家企業(yè)都有自己堅持的技術(shù)，比如比亞迪重新帶火磷酸鐵鋰，寧德時代不棄NCM811，特斯拉采用NCA。他們的堅持一方面將某一項電池技術(shù)發(fā)揚光大，但同時也限制了新的思維和技術(shù)發(fā)展的速度。
在競爭膠著的時刻，很高興能看到一家攜新思路和新技術(shù)入場，并且發(fā)展起來的動力電池企業(yè)。它使我們看到動力電池在安全和成本控制上擁有更多的可能性。
它就是本月初在無錫研發(fā)中心舉辦國內(nèi)首個電池日的蜂巢能源。彼時，蜂巢能源總裁楊紅新發(fā)布了有別于特斯拉、寧德時代與比亞迪的無鈷電池、果凍電池以及相關(guān)的安全、成本方案。
這些“黑科技”不是單獨作戰(zhàn)，而是連成一條線，貫穿電池從材料、電芯到電池包的研發(fā)、生產(chǎn)和應用。這也是國內(nèi)第一家全面展示動力電池科研實力的企業(yè)。
車企、用戶對動力電池的要求越來越現(xiàn)實，應該會是以后的常態(tài)。
在過去的歲月里，為擺脫續(xù)航焦慮的難題，動力電池上下游企業(yè)推崇高能量密度。但隨之導致的是持續(xù)的自燃事故，加重消費者對電動汽車的質(zhì)疑。由此催生出現(xiàn)實一：安全。
據(jù)統(tǒng)計，2019年5月至12月國內(nèi)共發(fā)生113起新能源安全事故，電池問題是起火事故占比最大的原因，經(jīng)分析60%由電池引起。國外，現(xiàn)代、福特、通用、寶馬等汽車巨頭近兩年召回新能源汽車總計高達20萬輛 ，原因均指向動力電池，如存在設(shè)計缺陷，電芯混入雜質(zhì)。
車輛自燃、召回，受損的首先就是OEM。連篇累牘的報道，一遍遍加深消費者對它不夠安全的印象，OEM的形象將因此一落千丈。他們也將因此承擔經(jīng)濟利益上的損失。
OEM格外希求不起火的電池。這也是他們選擇配套經(jīng)驗豐富，對電池品質(zhì)要求嚴格的電池廠的原因。
具有資金和人才實力的OEM往往會建立從材料到應用的完整研發(fā)和測試體系，對外采的電池進行持續(xù)的驗證，對不合格的電池提出改進建議，強化電池包的抗撞擊能力和防火隔熱能力。
然而，并非每家車企都能做到如此嚴格的把控。他們需要電池廠提出一套完善的安全電池解決方案。
OEM始終要將旗下電動汽車推向市場，用安全性可降低或打消消費者的顧慮，另需要車價這一重要元素從電動汽車對手和燃油車手中爭來更多的消費者。
降本，是汽車發(fā)展過程中永恒的主題。尤其合資和自主推出電動汽車的速度加快，每個細分市場的競爭都開始激烈化。
如今，新能源乘用車市場形成明顯區(qū)隔，形成高端BEV和經(jīng)濟型BEV兩大市場。高端BEV市場變得擁擠，小鵬P7、比亞迪漢EV、廣汽Aion LX、特斯拉Model 3等等在短時間內(nèi)被推出或上市，售價幾近重合。經(jīng)濟型BEV側(cè)重經(jīng)濟性，宏光Mini憑借最低2.98萬的售價月銷量已漲到3萬輛。
車價成為車企吸引消費者的一大重要因素。而動力電池的成本占整車的三分之一，是首要被優(yōu)化的對象。這是現(xiàn)實二：成本。
此時，電池廠若能為車企提供安全且經(jīng)濟的電池解決方案，將能夠打破現(xiàn)有格局，進入車企的供應鏈，更有可能占據(jù)最大的供應份額。
目前對已發(fā)生的自燃事故追究原因，包括材料配比變化，如NCM811鎳過高，鈷過低，導致熱穩(wěn)定性下降；電芯混入雜質(zhì)，致使短路；電池包設(shè)計不合理；電池老化或外力導致內(nèi)短路，但監(jiān)控不及時，無法做到規(guī)避。
可見，電池-車輛-乘客的安全目標，是一個系統(tǒng)性設(shè)計問題，關(guān)系到動力電池的全生命周期，涉及到正負極材料、電芯、電池包到系統(tǒng)監(jiān)控。
蜂巢的“冷蜂”熱失控系統(tǒng)性解決方案，即是從這四大層次出發(fā)圍追堵截，目標直指徹底消滅熱失控發(fā)生的可能性。
正極材料
正極材料上，它開發(fā)的無鈷材料通過三項關(guān)鍵技術(shù)，陽離子摻雜技術(shù)、納米網(wǎng)絡(luò)包覆技術(shù)、單晶化技術(shù)，實現(xiàn)耐壓更強、結(jié)構(gòu)更穩(wěn)定，為動力電池帶來更長的電芯使用壽命。與NCM811相比，單晶無鈷電池的熱分解溫度、熱失控溫度和材料可耐過充量均高于811，循環(huán)壽命比811提升65%。
兩款無鈷電池
果凍電池
配合著無鈷正極材料的是新電解液材料配方的創(chuàng)新。蜂巢發(fā)布了一款“果凍電池”。顧名思義，這是一款果凍狀電解質(zhì)的鋰電池。
果凍電池有幾大特點，一是怎么虐都不會炸，具有自愈合特點，安全性高；二是電導率6*10?3s/cm，雖略低于傳統(tǒng)液態(tài)電解質(zhì)，但高于固態(tài)電解質(zhì)；三是耐熱溫度提高至150 oC；四是具有普適性，可做成高鎳電池、中鎳高電壓電池、無鈷電池等等。由此，它可以在保證電池電性能與安全性能的兼得，在幾乎不降低電性能的同時阻止熱擴散。
蜂巢能源利用果凍電解質(zhì)制成了軟包和90安時方形電芯，并對樣品進行了安全測試。結(jié)果顯示，在滿電針刺測試中，軟包電池可實現(xiàn) “不起火、不冒煙”。方形電池能有效阻止熱擴散。
熱阻隔電池包
由于當前OEM采用的電芯多為三元體系，大眾、寶馬等將811裝車，在電芯暫時還難以零熱失控時，電池包層面對熱的防控必不可少。當應用于無鈷果凍電池，電池包的防控相當于車輛又多了一層安全冗余，實現(xiàn)多重保障。
蜂巢的熱阻隔電池包具有泄壓、噴發(fā)物控制、降溫、報警、隔熱等多種措施，實現(xiàn)PACK級的零熱失控。
它也對這款電池包做了熱失控測試。今年7月和11月，蜂巢測試了長城純電皮卡和歐拉IQ使用的811電池包。結(jié)果顯示，電芯發(fā)生熱失控后，電池包開始冒煙，25分鐘后所在模組發(fā)生熱失控，但是沒有蔓延到相鄰模組。將熱失控控制到單個模組內(nèi)，車輛只冒煙但不會起火。
蜂巢表示，接下來他們將力求做到單顆電芯失控，但模組不熱失控，最終實現(xiàn)沒有電芯熱失控。
蜂云平臺
到此熱失控的防控遠沒有結(jié)束。當車輛交到消費者手中后，可能會出現(xiàn)意想不到的情況，如電池的老化、碰撞、密封變型。若消費者能夠提前接收到預警，就可以提前維護、更換電池，防患于未然。
對此，蜂巢開發(fā)出“蜂云平臺”，通過對于超9萬輛電動汽車的持續(xù)監(jiān)控，分析數(shù)據(jù)超過16億條，具備20多項監(jiān)控項目。
“蜂云平臺”由蜂巢能源與清華大學合作開發(fā)，導入了電池內(nèi)短路預警模型，在電池安全預警的準確率達到90.9%，并可以實現(xiàn)對于內(nèi)短路提前2個月的預警，充分保障電池系統(tǒng)安全。
或許不少人會對新技術(shù)和新產(chǎn)品感到擔憂和顧慮重重。對此，蜂巢能源直接發(fā)布明確的時間表。無鈷電池已開啟全球預定，將在明年6月份量產(chǎn)落地。明年7月份，長城第一款搭載無鈷電池的電動汽車將會上市，續(xù)航600公里。
這是一場賭局，蜂巢能源用新技術(shù)及其信心押注了它的名譽，來贏得客戶和圍觀群眾的信賴。
推陳出新的企業(yè)往往會面對一個問題的質(zhì)疑，那就是成本。如何將成本控制到與其他電池廠相等或更具優(yōu)勢的水平？
蜂巢給予的回答是，從正極材料、電池包設(shè)計、電芯工廠、AI智造四個過程實現(xiàn)電池成本的控制。
材料與電池包設(shè)計
通過降低鈷含量從材料層面進行降本，和通過結(jié)構(gòu)創(chuàng)新開發(fā)無模組矩陣式PACK設(shè)計，兩種降本方法在過去媒體、分析師對蜂巢能源技術(shù)的科普中已經(jīng)得到了非常祥實的解讀。
我們了解到，無鈷技術(shù)的實現(xiàn)，可使電芯成本下降10-15%，完全擺脫正極材料對鈷的依賴?；跓o鈷電池，蜂巢開發(fā)出E平臺和H平臺，上打NCM811，下與磷酸鐵鋰拼成本。
到電池包層面，它采用了無模組設(shè)計，降低PACK非增值件的重量，在保證安全性的前提下能夠做到80%的成組效率，通過集成技術(shù)降本。
這次的電池日降本措施重點在于制造成本的改善：電芯工廠內(nèi)采用疊片工藝和干法涂布工藝，提升產(chǎn)能，同時降低設(shè)備等制造費用；AI智造，保障產(chǎn)品質(zhì)量和一致性，并且可將經(jīng)驗復制用于建設(shè)其他電池基地，如歐洲建廠。
疊片工藝
疊片工藝相較卷繞工藝非常適用于大電芯的量產(chǎn)化。當制作500mm大電芯時，0.6s/pcs的疊片效率與卷繞效率相似。隨著電芯尺寸的增大，疊片的優(yōu)勢會越來越明顯。
蜂巢能源全力投入疊片工藝的研發(fā)第一代疊片技術(shù)可以實現(xiàn)0.6秒/片的疊片速度，到第二代時速度就可提升到0.45秒/片，第三代時再加快到0.125秒/片。第三代的疊片速度是在600mm L6長電芯下測出來的數(shù)據(jù)。
從第一代到第二代工藝的改進好處不止在于單片效率的提升。同等產(chǎn)能下，疊片機設(shè)備總價就可降低一半，占地面積縮減20%。三代疊片機將于明年6月份在常州工廠二期的第三條產(chǎn)線上投入使用，占地面積減少45%，兼容性遠遠超過卷繞工藝。
干法涂布工藝
另外，蜂巢200平米的干電極實驗室將于2021年1月投入使用。干法涂布工藝，正是被特斯拉廣為宣傳的降本新工藝。它通過收購Maxwell公司掌握到該工藝。而蜂巢能源表示，它的干法涂布設(shè)備、工藝和粘結(jié)劑皆為自研。
干法涂布工藝的好處，一在于能量密度的大幅提升，電極厚度可做到現(xiàn)在的10倍；二在于占地面積的縮減，減少涂料攪拌設(shè)備，省掉干燥和壓縮的設(shè)備據(jù)了解可以減少55%的占地空間。
綜合疊片工藝和干法涂布工藝，蜂巢能源可將單線產(chǎn)從2021年每分鐘15只電芯的生產(chǎn)速度提升到2025年60只電芯的速度。結(jié)合整合技術(shù)和集成技術(shù)，電芯生產(chǎn)工藝從如今的12道工序?qū)档偷?~7個工序，每GWH的設(shè)備投入可以實現(xiàn)明顯的降低。
最終，它能夠通過工藝和設(shè)備變革，不僅實現(xiàn)單線產(chǎn)能的提升，同時可降低30.22%以上的制造費用。
AI智造
對蜂巢能源而言，電芯生產(chǎn)最持續(xù)、最大規(guī)模的變革是AI智造。通過引入AI+容量預測、AI智能焊接技術(shù)、AI自放電檢出三大AI技術(shù)，它不僅可以提高電芯品質(zhì)，而且還可將經(jīng)驗復制用于電池廠的擴建。
簡單來講，AI+容量預測是為了取消分容，通過讀取生產(chǎn)過程中的數(shù)據(jù)，建立預測模型，對電池容量進行測算，保證電芯的一致性。目前，它的容量模型預測的準確度已經(jīng)達到了98%以上，且還在持續(xù)提升中。
AI智能焊接技術(shù)可自動標定數(shù)據(jù)，實時預測焊接位置，實現(xiàn)在線不破壞性100%的全檢。AI自放電檢出用來檢測電壓和漏電流，使用大數(shù)據(jù)做AI分析，動態(tài)地預測電池狀態(tài)。
常州的AI工廠指導后來的工程師以及其他地區(qū)的工廠建設(shè)，減少試錯成本，加快調(diào)試和投產(chǎn)步伐。蜂巢已宣布將在德國建設(shè)兩座工廠，它們將作為AI工廠的代表在歐洲落地。
當一家電池廠可從安全和成本兩方面來滿足車企對動力電池的主需求，拿下多家定點，它將改變現(xiàn)有的電池格局。
今年9月和10月，蜂巢能源的裝機量連續(xù)進入TOP10排行榜單，背后一大支持就是長城汽車。
根據(jù)中汽協(xié)的銷量數(shù)據(jù)，今年前10個月新能源汽車品牌TOP10排名中，歐拉位列第七位。到11月份，歐拉重磅車型好貓上市，據(jù)歐拉品牌的估計，好貓的銷售目標保守是一個月5000輛。大概率上歐拉明年會完成10萬輛的銷量目標。
以單車50kWh的電池容量計算，10萬輛的歐拉對應需求5GWh的動力電池需求。它的穩(wěn)定發(fā)揮，至少幫助蜂巢能源穩(wěn)住步伐。
除了歐拉的配套量外，蜂巢能源不斷開拓外部客戶，并且已見成效。蜂巢能源透露，它已經(jīng)拿下多家國內(nèi)外定點客戶，包括法系最大的車企。
足夠的外銷也是蜂巢IPO的前提。它計劃到2022年外銷比例超過50%，2025年目標出貨量突破40GWh。
為了保障供貨，蜂巢大幅在國內(nèi)外擴建產(chǎn)能。在國內(nèi)，蜂巢能源的常州二期工廠已經(jīng)啟動，預計2021年有效產(chǎn)能將達6.91GWh，目標要進入國內(nèi)TOP3。在海外，蜂巢能源累計投資20億歐元建設(shè)工廠，設(shè)計總產(chǎn)能24GWh，日前蜂巢能源官宣確定在德國薩爾州建設(shè)模組PACK工廠和電芯模組工廠，前者最早2022年Q2投產(chǎn)，后者計劃2023年底投產(chǎn)。
常州工廠一期已建成4GWh產(chǎn)能，EV和PHEV三條產(chǎn)線都已經(jīng)全線貫通，質(zhì)量總合格率已經(jīng)達到了93.5%。目前，它給長城汽車以及一些外部客戶供貨。
從2019年7月正式對外發(fā)聲，到今年年底的電池日，蜂巢能源將自己的全貌一步步地展示給客戶、消費者。這一開放的姿態(tài)或許正詮釋了它對自家技術(shù)的自信。
而要延續(xù)這份自信，它需要持續(xù)不斷地探索鋰電池新技術(shù)。以無錫118 全球鋰電創(chuàng)新中心為平臺，它還在進行包括全固態(tài)電池、膠囊電池、自消氣電池、混合正極材料等技術(shù)和產(chǎn)品的前期開發(fā)。未來，我們將一次次地見證這些新技術(shù)的開發(fā)成果。
新技術(shù)的探索，也進一步說明蜂巢的思路很清晰：國內(nèi)TOP3只是一個短期目標，是一個開始，更重要的是未來的國際市場。
