方形疊片最有未來？動(dòng)力電池的下一站
時(shí)間:2019-07-15 08:50來源:汽車之家 作者:肖瑩
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“動(dòng)力電池即將進(jìn)入疊片工藝時(shí)代”，說這話的人，是蜂巢能源總經(jīng)理?xiàng)罴t新。蜂巢能源脫胎于長城汽車動(dòng)力電池事業(yè)部，被稱為長城汽車董事長魏建軍的“二次創(chuàng)業(yè)”，這家企業(yè)希望成為全球動(dòng)力電池供應(yīng)商。兩天前，蜂巢能源在長城哈弗技術(shù)中心舉辦了一場聲勢浩大的戰(zhàn)略及產(chǎn)品發(fā)布會(huì)，這對于車企來講再尋常不過，但在電池圈還算少數(shù)。
電池疊片工藝是此次發(fā)布會(huì)的主角，蜂巢能源堅(jiān)定的認(rèn)為，以疊片工藝為主導(dǎo)的新工藝、新技術(shù)、新材料、新標(biāo)準(zhǔn)，將引領(lǐng)動(dòng)(點(diǎn)擊抽獎(jiǎng))力電池進(jìn)入一個(gè)新的時(shí)代，他們把這個(gè)時(shí)代稱為“疊時(shí)代”。那么，蜂巢能源如此推崇的疊片工藝究竟是什么？有何優(yōu)勢和短板？為什么蜂巢能源認(rèn)為，疊片工藝是未來趨勢？
60秒快速閱讀：
1、作為動(dòng)力電池的兩大生產(chǎn)工藝，疊片工藝受制于生產(chǎn)效率和質(zhì)量控制的因素，目前還只在市場份額較小的軟包電池領(lǐng)域應(yīng)用。
2、蜂巢能源稱，通過生產(chǎn)設(shè)備的改進(jìn)，正在大幅提升疊片工藝生產(chǎn)效率，預(yù)計(jì)2023年可開發(fā)出單工位0.25秒/片的設(shè)備，屆時(shí)將有望與卷繞效率持平。
3、在電池性能層面，蜂巢能源認(rèn)為，相同條件下，疊片工藝可以使電池能量密度提高5%，循環(huán)壽命提高10%，成本降低5%。從用戶的角度來看，電池生產(chǎn)工藝的創(chuàng)新突破，將有助于提升電動(dòng)車的使用壽命和續(xù)航里程，從長遠(yuǎn)來看，也有助于車輛成本下降。
4、疊片工藝既可以應(yīng)用方形電池上，也可以應(yīng)用在軟包電池上，目前還主要應(yīng)用于軟包領(lǐng)域。蜂巢能源認(rèn)為，從長遠(yuǎn)來看，方形電池更適合車載。但目前，軟包和方形各有優(yōu)勢，兩種技術(shù)路線還將長期博弈。
疊片VS卷繞 效率是關(guān)鍵
我們都知道，動(dòng)力電池主要有三種類型，方形、圓柱和軟包，而疊片和卷繞正是生產(chǎn)這些電池的兩種工藝。從發(fā)展歷史來看，卷繞工藝從消費(fèi)類電池就開始應(yīng)用了，經(jīng)歷了最初期的手動(dòng)式卷繞機(jī)、更新后的迭代半自動(dòng)卷繞機(jī)、再到現(xiàn)在的全自動(dòng)卷繞機(jī)。在這過程中，卷繞工藝生產(chǎn)效率大幅提升，成為電池領(lǐng)域主流工藝路線。
也正是因?yàn)榫砝@工藝更成熟、生產(chǎn)效率更高，在消費(fèi)類電池向動(dòng)力電池發(fā)展的過程中，也沿用了卷繞工藝，成為當(dāng)前動(dòng)力電池主流的生產(chǎn)工藝，廣泛應(yīng)用在方形電池和圓柱電池里。疊片工藝則是伴隨著電動(dòng)車發(fā)展逐漸發(fā)展起來的，目前只在市場份額較小的軟包電池領(lǐng)域應(yīng)用。
從動(dòng)力電池裝機(jī)量來看，2018年，我們新能源汽車方形動(dòng)力電池裝機(jī)總電量約42.25GWh，占整體總裝機(jī)電量的74.1%；軟包動(dòng)力電池裝機(jī)總量約7.62GWh，占整體總裝機(jī)電量的13.4%；圓柱動(dòng)力電池裝機(jī)總電量約7.11GWh，占整體總裝機(jī)電量的12.5%。由此可以粗略推算出，目前85%以上的動(dòng)力電池采用的都是卷繞工藝。
卷繞工藝受歡迎，主要是生產(chǎn)效率帶來的成本優(yōu)勢。相比之下，疊片工藝雖然在電池性能、完全、空間利用率等方面都更具優(yōu)勢，但由于疊片工藝生產(chǎn)設(shè)備的技術(shù)瓶頸難以突破，使得疊片電池比卷繞電池存在生產(chǎn)效率低、工藝復(fù)雜度高、品質(zhì)控制難度大、設(shè)備占地面積大、單位瓦時(shí)投資比高等明顯劣勢。
具體來看，目前國內(nèi)疊片機(jī)行業(yè)效率普遍在單工位1-1.2秒/片，而只有效率提升到0.2秒/片左右時(shí)，疊片工藝才可能與卷繞工藝成本相當(dāng)。另外，疊片工藝需要將每個(gè)極片進(jìn)行兩次分切，一個(gè)電芯則涉及到數(shù)十次分切，而卷繞工藝每個(gè)電芯只需要進(jìn)行正負(fù)極各一次分切。每次分切都存在極片的截面產(chǎn)生毛刺的風(fēng)險(xiǎn)，這就增加了電池質(zhì)量控制的難度。正是因?yàn)槭苤朴谶@兩個(gè)主要的短板，疊片工藝目前還遠(yuǎn)沒有卷繞“受寵”。
電池尺寸變長 疊片優(yōu)勢凸顯
雖然疊片工藝有明顯的瓶頸，但卻是未來動(dòng)力電池發(fā)展的大勢所趨。隨著新能源汽車的發(fā)展，企業(yè)已經(jīng)開始針對電動(dòng)車開發(fā)底盤，相比此前改款的燃油車底盤，針對電動(dòng)車專門開發(fā)的底盤，動(dòng)力電池可以更規(guī)則的排布，這一方面能有效利用空間，另一方面也有助于電池安全防護(hù)。
目前，最受業(yè)內(nèi)關(guān)注的電動(dòng)車平臺(tái)就是大眾的MEB平臺(tái)，從這一平臺(tái)來看，電池的模組和電芯尺寸都在變大。業(yè)內(nèi)普遍認(rèn)為，大模組、大電芯是未來動(dòng)力電池發(fā)展趨勢。而目前大眾發(fā)布的VDA尺寸的電芯已經(jīng)到達(dá)卷繞電池的極限，而基于MEB平臺(tái)的電芯尺寸，電芯長度大大增加。隨著電池越來越長，卷繞工藝將越來越難實(shí)現(xiàn)。
而從性能上來看，疊片工藝也有明顯優(yōu)勢。楊紅新介紹，相同條件下，疊片工藝可以使電池能量密度提高5%，循環(huán)壽命提高10%，成本降低5%。
與此同時(shí)，疊片工藝生產(chǎn)設(shè)備也有所突破。據(jù)蜂巢能源介紹，目前已完成45度旋轉(zhuǎn)式高速疊片機(jī)的開發(fā)與導(dǎo)入，疊片效率可達(dá)單工位0.6秒/片。同時(shí)，蜂巢已完成單工位0.45秒/片的速度驗(yàn)證與樣機(jī)的開發(fā)制作，2023年預(yù)計(jì)可實(shí)現(xiàn)單工位0.25秒/片的疊片設(shè)備開發(fā)。
『蜂巢能源0.6秒高度疊片機(jī)』
楊紅新介紹，蜂巢能源在常州金壇工廠的一期產(chǎn)線已提升至單工位0.6秒/片生產(chǎn)效率，2020年的產(chǎn)能將達(dá)到4GWh；二期便可實(shí)現(xiàn)0.45秒高速疊片，2022年達(dá)到8GWh產(chǎn)能。而到2023年實(shí)現(xiàn)0.25秒的超高速疊片工藝，將有效解決疊片工藝的效率問題，有望超越卷繞工藝效率。
蜂巢能源工藝設(shè)備總監(jiān)金正賢告訴汽車之家，蜂巢能源的0.6秒高速疊片工藝生產(chǎn)設(shè)備是與國外設(shè)備供應(yīng)商合作生產(chǎn)的，0.45秒的設(shè)備則是蜂巢能源獨(dú)自設(shè)計(jì)，已申請相關(guān)專利10余項(xiàng)，未來將與兩家設(shè)備供應(yīng)商共同開發(fā)。
在解決生產(chǎn)效率的同時(shí)，如何解決疊片工藝多次沖切帶來的產(chǎn)品質(zhì)量隱患？金正賢表示，產(chǎn)品質(zhì)量主要是控制層面的問題，蜂巢能源將對電芯生產(chǎn)線的在產(chǎn)線建設(shè)、環(huán)境控制、制程關(guān)鍵產(chǎn)品參數(shù)控制、制程工程能力控制、在線SPC管控等方面全面提升控制水平。
『蜂巢能源電池測試實(shí)驗(yàn)室』
長期來看 方形疊片是趨勢
目前，國內(nèi)做方殼疊片電池的企業(yè)并非蜂巢一家，青島力神動(dòng)力電池有限公司在2018年實(shí)現(xiàn)了方形疊片電池的量產(chǎn)，單片位疊片效率在1.0秒/片左右。但受制于疊片電池的生產(chǎn)效率低、技術(shù)及投資門檻較高等特點(diǎn)，疊片電池技術(shù)還沒有大規(guī)模應(yīng)用在方形電池領(lǐng)域應(yīng)用。
根據(jù)蜂巢調(diào)研，LG化學(xué)、三星SDI、松下等國際電池巨頭都將疊片技術(shù)納入下一階段布局目標(biāo)。這也給蜂巢能源一定信心，楊紅新表示，作為動(dòng)力電池領(lǐng)域的“闖入者”，蜂巢能源沒有其他電池廠的產(chǎn)能、設(shè)備包袱，可以直接從最適合未來趨勢的技術(shù)切入。
除了圓柱電池受制于形狀限制較難采用疊片工藝生產(chǎn)，軟包和方形都可以應(yīng)用疊片工藝。那么問題就來了，軟包疊片和方形疊片到底哪個(gè)更好？中國汽車動(dòng)力電池產(chǎn)業(yè)創(chuàng)新聯(lián)盟副秘書長王子冬告訴汽車之家，從長期來看，方形電池更適合車載。
他解釋道，方形電池殼體多為鋁合金、不銹鋼等材料，對電芯的保護(hù)作用優(yōu)于軟包電池。除此之外，方形電池還有電池內(nèi)阻小、壽命長、空間利用率高，以及成組后的能量密度下降小等優(yōu)點(diǎn)。
但軟包電池也有可取的優(yōu)點(diǎn)，王子冬指出，軟包電池一般采用鋁塑膜包裝，發(fā)生安全問題時(shí)，軟包電池一般會(huì)鼓氣裂開，不會(huì)爆炸。另外，鋁塑膜包裝也帶來了重量輕、設(shè)計(jì)靈活等優(yōu)點(diǎn)。從2018年裝機(jī)量來看，軟包電池雖然市場分額不大，但增長速度同比增長60.73%。目前來看，兩種技術(shù)路線還將長期并存，將在實(shí)際生產(chǎn)應(yīng)用中不斷探索和改善。
編輯有話說：
從2009年算起，我國推廣應(yīng)用新能源汽車剛剛10年，整體來看，動(dòng)力電池的發(fā)展尚在摸索中前行。盡管我們能夠通過科學(xué)的理論邏輯、前期的研發(fā)試驗(yàn)論證一種技術(shù)路線的前景，但還不能完全預(yù)判其在規(guī)模量產(chǎn)、實(shí)際應(yīng)用中遇到的問題。因此，面對新技術(shù)、新工藝的改進(jìn)，我們既要持開放的態(tài)度去研究，也要沉淀下來持續(xù)測試、評估和改進(jìn)，在提升動(dòng)力電池性能的同時(shí)，更要把安全置于首位。
文章標(biāo)簽：
動(dòng)力電池
方形疊片
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